Hindi pa katagal, ang mga limitasyon ng mga klasikal na computer ay nagtulak sa mga siyentipiko na bumuo ng isang bagong uri ng computing - quantum computing. Gumagamit ang mga quantum computer ng mga qubit sa halip na mga classical bits at maaaring magsagawa ng ilang partikular na kalkulasyon nang mas mabilis kaysa sa mga classical na computer. Ang kalamangan na ito ay maaaring potensyal na baguhin ang maraming mga sphere at gawing mas mahusay ang ating buhay. Sa artikulong ito, magbibigay kami ng pangkalahatang-ideya ng quantum computing, kabilang ang mga industriya at larangan na maaaring baguhin ng quantum computing. Tatalakayin din natin ang mga hamon at panganib na nauugnay sa teknolohiyang ito, pati na rin kung ano ang hinaharap para dito.
Panloob ng isang IBM Quantum computing system. (Credit: IBM
)
Ano ang Quantum Computing?
Malayo na ang narating ng computing mula noong binuo ang quantum theory noong 1920s at ang unang programmable computer, ang Electronic Numerical Integrator and Computer ( ENIAC
), ay itinayo noong 1945. Ang makina ay ang unang "awtomatikong, pangkalahatang layunin, electronic, decimal, digital computer," ayon sa aklat ni Edwin D. Reilly na "Milestones in Computer Science and Information Technology". Ano nga ba ang quantum computing? Sa madaling sabi, ito ay isang mabilis na umuusbong na teknolohiya na gumagamit ng mga batas ng quantum mechanics upang malutas ang mga kumplikadong problema sa mas mahusay at makapangyarihang paraan kaysa sa mga klasikal na computer. Para sa ilang mga problema, ang mga supercomputer ay hindi ganoon kahusay. Sa kaibuturan nito, umaasa ang quantum computing sa paggamit ng mga quantum bits (qubits) upang iproseso at manipulahin ang impormasyon. Hindi tulad ng mga klasikal na bit, na maaari lamang umiral sa isa sa dalawang estado (0 o 1), ang mga qubit ay maaaring umiral sa maraming estado nang sabay-sabay dahil sa hindi pangkaraniwang bagay ng superposisyon. Nagbibigay-daan ito sa mga quantum computer na magsagawa ng maraming computations nang sabay-sabay. Ang isa pang pangunahing prinsipyo ng quantum computing ay ang entanglement , na nagpapahintulot sa mga qubit na magkaugnay sa paraang ang estado ng isang qubit ay maaaring agad na makaapekto sa estado ng isa pa, kahit na sila ay pisikal na magkahiwalay. Nagbibigay-daan ito sa mga quantum computer na magsagawa ng ilang partikular na gawain nang mas mabilis kaysa sa mga supercomputer – pag-factor ng malalaking numero, paghahanap sa malalaking database, atbp.
Paano Gumagana ang Quantum Computers?
Gaya ng nabanggit lang, ang mga quantum computer ay gumagamit ng mga qubit sa halip na mga bit upang magpatakbo ng mga multidimensional na quantum algorithm. Ang mga Qubit ay nilikha gamit ang mga superconductor, na nagpapakita ng mga quantum mechanical effect tulad ng mga pares ng Cooper na maaaring magdala ng singil sa pamamagitan ng mga insulator sa pamamagitan ng quantum tunneling. Ang pag-uugali ng mga qubit ay maaaring kontrolin at manipulahin sa pamamagitan ng pagpapaputok ng mga photon ng microwave sa kanila. Ang mga qubit ay maaaring ilagay sa isang estado ng superposisyon, na kumakatawan sa isang kumbinasyon ng lahat ng posibleng mga pagsasaayos ng qubit. Ang mga pangkat ng mga qubit sa superposition ay maaaring lumikha ng mga kumplikadong computational space na maaaring kumatawan sa mga kumplikadong problema sa mga bagong paraan. Ang mga quantum computer ay mas maliit at nangangailangan ng mas kaunting enerhiya kaysa sa mga supercomputer ngunit kailangang napakalamig, na nakakamit gamit ang mga super-cooled na superfluid.
Ang Quantum computing ay isang mabilis na umuusbong na larangan na magbabago sa paraan ng paglutas ng mga kumplikadong problema. Ilang kumpanya, kabilang ang IBM, Google, at Rigetti, ay nakagawa na ng mga quantum computer at ginagamit ang mga ito. Ang mga computer na ito ay may sukat mula sa ilang qubit hanggang higit sa 100 qubit, at bawat isa ay may sariling natatanging arkitektura at hanay ng mga kakayahan.
Noong 2017, inanunsyo ni Rigetti ang pampublikong beta availability ng Forest 1.0, ang unang full-stack programming environment sa mundo para sa quantum computing.
Ang Google's Sycamore
ay isang quantum processor na mayroong 53 qubits. Ito ay binuo noong 2019 at inaangkin na makumpleto ang isang gawain sa loob ng 200 segundo na mangangailangan ng isang high-end na supercomputer na 10,000 taon upang matapos.
Ang IBM Quantum System One
quantum computer ay ipinakilala rin ng IBM noong 2019. Naglalaman ito ng 20-qubit transmon quantum processor na nakalagay sa isang 2.7x2.7x2.7 meter computing system. Kawili-wili, inihayag ng IBM ang bagong 433-qubit 'Osprey' processor sa IBM Quantum Summit 2022.
"Ang bagong 433 qubit 'Osprey' na processor ay nagdadala sa amin ng isang hakbang na mas malapit sa punto kung saan ang mga quantum computer ay gagamitin upang harapin ang mga dati nang hindi malulutas na mga problema," – Dr. Darío Gil, Senior Vice President, IBM at Direktor ng Pananaliksik. Bilang karagdagan sa mga pagpapaunlad ng hardware, sumusulong din ang mga tool sa software para sa quantum computing. Ang mga programming language gaya ng Q# at Qiskit ay nagbibigay-daan sa mga developer na magsulat ng mga quantum program at patakbuhin ang mga ito sa quantum hardware o simulators. Gayunpaman, nahaharap pa rin ang quantum computing sa ilang mga hamon at limitasyon. Ang pangunahing isa ay ang pagwawasto ng error . Habang tumatakbo ang isang quantum program, mabilis na naipon ang mga error, na nagdudulot ng mga hamon para sa mga siyentipiko. Kaya, ang pagbuo ng mga epektibong paraan ng pagwawasto ng error ay mahalaga para sa pagbuo ng malakihan, maaasahang quantum computer. Ang isa pang makabuluhang limitasyon ay scalability . Habang umiiral na ang mga quantum computer na may sampu o daan-daang qubits, isang hamon pa rin ang pagbuo ng isang malakihang quantum computer na may libu-libo o milyon-milyong qubit. Gayunpaman, may pag-asa na ang mga hamong ito ay malalampasan sa mga darating na taon, na nagbibigay daan para sa mas malawak na paggamit ng quantum computing. Nangangako ang IBM Quantum system na pataasin ang 4,000+ qubits pagsapit ng 2025 at higit pa.
Paano Binabago ng Quantum Computing ang Mundo? Mga Aplikasyon sa totoong buhay
Iyon pa lang, mayroon nang ilang mga kaso ng paggamit sa iba't ibang mga industriya kung saan ang quantum computing ay nagpapakita ng mga kamangha-manghang resulta.
Pangangalaga sa kalusugan
Ang isa sa mga pinaka-promising na lugar ay pangangalaga sa kalusugan. Maaaring gayahin ng mga quantum computer ang pag-uugali ng mga molekula at materyales nang mas tumpak kaysa sa mga klasikal na computer, na maaaring mapabilis ang pagtuklas ng mga bagong gamot at paggamot para sa mga sakit. Halimbawa, ang mga quantum algorithm tulad ng Variational Quantum Eigensolver (VQE) ay maaaring gamitin upang kalkulahin ang elektronikong istruktura ng mga molekula nang mas tumpak kaysa sa mga klasikal na pamamaraan. Dagdag pa rito, maaaring gamitin ang quantum computing upang pag-aralan ang malalaking dataset mula sa mga medikal na rekord at mga klinikal na pagsubok upang matukoy ang mga bagong target para sa pagtuklas ng gamot. Ang isa pang halimbawa ng kung paano magagamit ang quantum computing sa pangangalagang pangkalusugan ay sa pamamagitan ng virtual screening ng mga kandidato sa droga. Kabilang dito ang paghahanap sa malalaking database ng mga potensyal na gamot upang matukoy ang mga may gustong katangian. Nagagawa ng quantum computing na mapabilis ang prosesong ito sa pamamagitan ng mahusay na paghahanap sa napakaraming data, na humahantong sa mas mabilis na pagtuklas at pag-unlad ng droga.
Pananalapi
Ang isa pang mahalagang aplikasyon ng quantum computing ay maaaring nasa pag-optimize ng mga problema, tulad ng mga nakatagpo sa larangan ng pananalapi. Maaaring gamitin ang quantum computing upang mapabuti ang financial modeling at risk management. Halimbawa, ang mga quantum algorithm ay maaaring gamitin upang mabilis na pag-aralan ang malalaking dataset at gumawa ng mga hula tungkol sa mga uso sa merkado. Bilang karagdagan, maaaring gamitin ang quantum cryptography upang ma-secure ang mga transaksyong pinansyal at maprotektahan laban sa banta sa cyber. Ang Quantum key distribution (QKD) ay isang pamamaraan na gumagamit ng mga prinsipyo ng quantum mechanics upang secure na magpadala ng mga encryption key sa pagitan ng dalawang partido. Ginagamit ng QKD ang kapangyarihan ng mga gusot na qubit upang lumikha ng isang susi na imposibleng maharang nang hindi natukoy.
Logistics
Ang quantum computing ay maaaring magamit upang i-optimize ang pamamahala ng supply chain, bawasan ang mga gastos sa transportasyon at pagpapabuti ng mga oras ng paghahatid. Halimbawa, ang mga quantum algorithm ay maaaring gamitin upang mabilis na pag-aralan ang pinakamabisang ruta para sa transportasyon at pamamahagi. Bukod pa rito, maaaring gamitin ang quantum computing upang malutas ang mga kumplikadong problema sa pag-iiskedyul, tulad ng mga nakatagpo sa pag-iiskedyul ng eroplano at riles.
Enerhiya
Ang mga quantum algorithm ay maaaring gamitin upang gayahin ang pag-uugali ng mga materyales na ginagamit sa mga kagamitan sa pag-iimbak ng enerhiya, na humahantong sa pagbuo ng mas mahusay na mga baterya. Bukod pa riyan, maaaring gamitin ang quantum computing upang i-optimize ang produksyon ng enerhiya sa pamamagitan ng pagsusuri sa mga pattern ng panahon at paghula ng pangangailangan sa enerhiya.
Paggawa
Dahil ang quantum computing ay may kakayahang pag-aralan ang malalaking dataset at hulaan ang pinakamainam na iskedyul ng produksyon, maaari rin itong maging mahusay sa pagmamanupaktura. Tulad ng nakikita mo, ang mga potensyal na aplikasyon ng quantum computing ay malawak at mayroong maraming mga industriya na maaaring mabago ng teknolohiyang ito.
"Mga Takot" sa Kinabukasan
Mula sa lahat ng ito, madaling maghinuha na ang epekto ng quantum computing sa lipunan ay magiging makabuluhan. At tulad ng iba pang rebolusyonaryong teknolohiya, may ilang mga panganib na nauugnay sa quantum computing. Ang isa sa pinakamahalagang hamon ay ang etikal at panlipunang implikasyon ng teknolohiya. Ang quantum computing ay may potensyal na masira ang marami sa mga paraan ng pag-encrypt na ginagamit upang ma-secure ang sensitibong data, na maaaring humantong sa mga paglabag sa privacy at iba pang mga alalahanin sa seguridad. Bilang karagdagan, ang quantum computing ay maaaring gamitin upang bumuo ng mga bagong armas at teknolohiya na maaaring magdulot ng banta sa pandaigdigang seguridad.
Buod
Bagama't ang quantum computing ay nagpapakita ng ilang hamon at panganib, maraming organisasyon ang aktibong nagtatrabaho upang tugunan ang mga ito sa pamamagitan ng pagbuo ng mga bagong paraan ng pag-encrypt, pagpapabuti ng quantum hardware at software, pati na rin ang pagbibigay ng mga pagkakataon sa pagsasanay at edukasyon. Kaya, naniniwala kami na ang quantum computing ay magbabago sa mundo sa isang mabuting paraan. Sa pamamagitan ng pagbuo ng matatag at maaasahang mga teknolohiya ng quantum, maaari nating i-unlock ang buong potensyal ng quantum computing at lumikha ng isang mas maliwanag na hinaharap para sa computing at lipunan sa kabuuan. Ang oras para sa pagkilos ay ngayon, kaya patuloy na tuklasin ang mundo ng teknolohiya gamit ang CodeGym!
GO TO FULL VERSION