{:ru}10 невероятных последствий развития квантовых технологий{:}{:uk}10 неймовірних наслідків розвитку квантових технологій{:}

2

{:ru}В научном сообществе образовался консенсус, что первый полностью функциональный квантовый компьютер будет готов приблизительно через десять лет — и это событие такого масштаба, что многие эксперты призывают считать годы, оставшиеся до «квантума».

Большинство людей, хотя бы немного знакомых с основными идеями квантовой механики, считают эту область несколько «странноватой», поскольку она иногда озадачивает даже опытных квантовых физиков. В голове появляются картинки людей, ходящих по стенам, путешествующих во времени и общей неопределенности, которая грозит искоренить наши самые привычные представления об истине и реальности. Стандартные измерения становятся бессмысленными.

Учитывая невероятный потенциал квантовых технологий, будет нелишним заявить, что те, кто овладеет этой технологий в будущем, будут иметь существенное преимущество перед теми, кто не овладеет — и касается это политики, финансов, безопасности и многих других сфер. Компании вроде Amazon, Microsoft и Intel с нетерпением ждут внедрения квантовой криптографии, поскольку опасаются, что хакеры постараются добраться до квантовых возможностей и обрушить системы безопасности этих компаний.

И раз уж мы можем сказать, что квантовые вычисления в скором времени точно появятся, нужно понять, что это означает для будущего и какие невероятные новые (и иногда пугающие) возможности принесут квантовые технологии.

Перед вами десять невероятных последствий внедрения квантовых технологий.

Экспоненциальное увеличение вычислительной скорости

Для начала небольшое короткое вступление: компьютер, на котором вы читаете это, работает на тех же базовых технологиях, которые используются практически в каждом компьютере мира. Это конечный двоичный мир, в котором информация закодирована в битах — единицах и нулях — которые могут существовать только в двух состояниях (вкл и выкл). Квантовые вычисления, напротив, используют «кубиты», которые могут существовать в практически бесчисленных состояниях одновременно. (Грубо говоря, n кубитов может существовать в 2n разных состояниях одновременно).

Если скормить обычному компьютеру последовательность из тридцати 0 и 1, будет примерно миллиард возможных значений этой последовательности, и компьютер, использующий обычные биты, должен проходить каждую комбинацию по отдельности, требуя много времени и памяти. С другой стороны, квантовый компьютер мог бы «видеть» все миллиарды последовательностей одновременно, что существенно сокращало бы временные и вычислительные затраты.

По сути, квантовые компьютеры будут способны производить расчеты за секунды, на которые у обычных компьютеров уходили бы тысячи лет.

Поиск новых эффективных препаратов

Благодаря неизбежному росту вычислительной мощности, предсказанной законом Мура, появилось доступное секвенирование ДНК. Но теперь мы вот-вот вступим в эпоху медицины, построенной на квантовых вычислениях.

В то время как на рынке уже и без того много хороших лекарств, скорость с которой они производятся, а также их эффективность, на диво ограничены. Даже с новейшим приростом скорости и точности, они весьма незначительны из-за ограничений стандартных компьютеров.

С организмом, столь сложным, как человеческое тело, существует бесчисленное множество способов, которыми лекарство может реагировать на окружающую среду. Добавьте к этому безграничность генетического разнообразия на молекулярном уровне, и потенциальные исходы для неспецифических лекарственных препаратов резко начинают достигать миллиардных чисел.

И только у квантовых компьютеров будет возможность изучить каждый возможный сценарий взаимодействия с препаратом и представить не только наилучший возможный план действий, но также шансы человека на успешный прием конкретного препарата — за счет комбинации более точного и ускоренного секвенирования ДНК и более точного понимания фолдинга белка.

Эти же самые нововведения, особенно в отношении фолдинга белков, также неизбежно приведут к лучшему пониманию того, как функционирует жизнь в целом, что впоследствии приведет к гораздо более точной трактовке, улучшению препаратов и улучшению результатов.

Безграничная безопасность

Помимо квантовых скачков в медицине, квантовые технологии также дают возможность создать практически невзламываемые методы кибербезопасности и сверхбезопасный обмен данными на длинных расстояниях.

В мире квантовых странностей существует явление под названием «квантовая запутанность», в которой две или более частиц соединяются загадочным образом, независимо от среды, которая существует между ними, и без какой-либо опознаваемой сигнализации. Это то, что Эйнштейн называл «жутким действием на расстоянии». И поскольку нет определенной среды, в которой связываются эти две частицы, сигналы, закодированные с использованием запутанных частиц, невозможно будет перехватить. Наука, необходимая для этой технологии, пока развита недостаточно. Однако продвижение в этом направлении окажет огромное влияние на частную и национальную безопасность.

Резко увеличившаяся вычислительная скорость также будет способствовать развитию кибербезопасности, поскольку экспоненциально большая вычислительная мощность квантовых компьютеров позволит им противостоять даже самым изощренным методам взлома, и это при помощи квантового шифрования.

«Квантовые вычисления безусловно будут применяться везде, где мы используем машинное обучение, облачные вычисления, анализ данных», говорит Кевин Карран, исследователь кибербезопасности в Университете Ольстера. «В области безопасности это означает обнаружение проникновения, поиск паттернов в данных и более сложные формы параллельного вычисления».

Квантовые компьютеры смогут предугадывать «шаги» хакеров в миллионах или миллиардах возможных итерациях.

Безграничный взлом

Конечно, с большой силой появляется и большая ответственность, и так же квантовая мощь, которая позволит осуществлять квантовое шифрование, также позволит хакерами беспроблемно взламывать самые сложные методы безопасности, которые обеспечиваются относительно примитивными машинами.

Сегодня самые сложные криптографические методы, как правило, основаны на чрезвычайно сложных математических задачах. И хотя этих препятствий достаточно, чтобы сдержать большинство бинарных суперкомпьютеров, квантовый компьютер сможет легко их обойти. Способность квантового компьютера находить закономерности в гигантских наборах данных с огромной скоростью позволит ему рассчитывать огромные числа, в то время как обычные компьютеры будут перебирать их по одному за раз. С кубитами и квантовой суперпозицией все возможные варианты будут проверяться одновременно.

Потребовалось почти два года, чтобы сотни компьютеров, работающие одновременно, смогли разблокировать один пример алгоритма RSA-768 (который имел два основных фактора и требовал ключ длиной семьсот шестьдесят восемь битов. Квантовый компьютер справится с этой задачей за секунду.

Точные атомные часы и обнаружение объектов

Атомные часы используются не только для ежедневного отсчета времени. Они являются важным компонентом большинства современных технологий, включая GPS-системы и коммуникационные технологии.

Обычно атомные часы не требуют тонкой настройки. Самые точные атомные часы работают, используя колебания микроволн, испускаемых электронами при изменении уровней энергии. А атомы, используемые в часах, почти охлаждаются для абсолютного нуля, что обеспечивает длительное время микроволнового зондирования и большую точность.

Новейшие атомные часы будут использовать современные квантовые технологии и в скором времени станут настолько точными, что их будут использовать как сверхточные детекторы объектов — они смогут чувствовать мельчайшие изменения в гравитации, магнитных полях, электрических полях, движении, силе, температуре и других явлениях, которые в природе колеблются в присутствии вещества. Эти изменения будут отражаться в изменениях времени. (Не забывайте, что время, пространство, вещество связаны между собой).

Это точно настроенное обнаружение поможет в идентификации и удалении подземных объектов, отслеживании подводных лодок намного ниже поверхности океана и даже сделает навигацию и автоматическое вождение гораздо более точными, поскольку программное обеспечение сможет лучше различать автомобили и другие объекты.

Финансовые рынки

В переплетенном мире финансов, скорость имеет первостепенное значение. И удивительно большое количество проблем, с которыми сталкивается финансовая отрасль (многие из которых связаны с нехваткой вычислительной скорости), остаются неразрешенными. Даже самые мощные обычные компьютеры, использующие 0 и 1, не могут хотя бы примерно спрогнозировать будущие финансовые и экономические события, не говоря уж о том, чтобы решить сложнейшие проблемы, связанные с ценообразованием опционов на быстро меняющемся рынке.

Например, многие опционы требуют сложных производных, зависящих от различных факторов, что означает, что выплата опциона в конечном счете определяется путем изменения цены базового актива. Попытка отобразить и предусмотреть все возможных «пути» опциона слишком сложна для современных машин. Однако, учитывая свою скорость и маневренность, квантовые компьютеры теоретически могли бы идентифицировать неверный ценовой вариант опциона на акции и использовать его для выгоды своего владельца до того, как рынок предпримет какие-либо значимые действия.

Такого рода мощь могла бы, конечно, нанести ущерб рынку и сильно поднять положение небольших фирм, владеющих и управляющих суперкомпьютером — за счет отдельных трейдеров и фирм, неспособных приобрести такие технологии.

Картирование человеческого разума

При всех удивительных достижениях, которые имели место в области нейронауки и сознания за последние несколько десятилетий, ученые до сих пор знают удивительно мало о том, как работает сознание. Но мы, впрочем, знаем, что мозг человека — одна из самых сложных вещей в известной вселенной, и чтобы понять его полностью, необходима вычислительная сила нового типа.

Человеческий мозг состоит из 86 миллиардов нейронов — клеток, которые передают небольшие биты информации за счет активации быстрых электрических зарядов. И хотя электрическая часть работы мозга понятна довольно хорошо, само сознание остается загадкой. «Задача в том», говорит нейробиолог Рафаэль Юсте из Колумбийского университета, «чтобы определить, как физическая подложка клеток, связанных внутри этого органа, относится к нашему умственному миру, нашим мыслям, памяти, ощущениям».

И в попытке понять сознание нейрофизиологи в значительной степени полагались на аналогию с компьютером, поскольку мозг превращает сенсорные данные и вводы в относительно предсказуемые результаты. И что может быть лучше для понимания работы компьютера, чем сам компьютер?

Доктор Кен Хэйворт, невролог, который картирует мышиный мозг, считает, что составление визуализации полного мозга мухи займет примерно один-два года. Но та же идея сопоставления всего человеческого мозга будет просто невыполнима без квантовых вычислений.

Поиск далеких планет

Никого не удивит, что квантовое вычисление будет широко использоваться в освоении космоса, что часто требует анализа огромных наборов данных. Используя квантовые процессоры, охлажденные до 20 милликельвинов (близко к абсолютному нулю), инженеры NASA планируют использовать квантовые компьютеры для разрешения сложнейших задач оптимизации, связанных с миллиардами данных.

Например, ученые NASA смогут использовать крошечные колебания в квантовых волнах, чтобы обнаружить мелкие, едва уловимые перепады тепла в невидимых для нас звездах и, возможно, даже черных дыр.

NASA уже использует общие принципы квантовых вычислений для разработки безопасных и эффективных методов космических путешествий — особенно когда дело доходит до отправки роботов в космос. NASA планирует посылать роботизированные миссии в космос примерно за десять лет, и среди его задач стоит использование квантовой оптимизации для создания сверхточных инструментов прогнозирования того, что может случиться за время миссии — чтобы предупредить любой возможный исход и создать план действий на каждый случай.

Более тщательное и точное планирование роботизированных миссий также приведет к более эффективному использованию батарей, которые выступают одним из основных ограничивающих факторов, когда дело доходит до роботизированных космических миссий.

Генетика

Завершение проекта генома человека в 2003 году привело к появлению новой эпохи в медицине. Благодаря глубокому пониманию генома человека, мы можем адаптировать сложные процедуры специально под конкретные потребности человека.

Несмотря на то, сколько мы уже знаем о тонкостях человеческой ДНК, мы до сих пор поразительно мало знаем о белках, которые кодирует ДНК.

Добавим квантовые расчеты, которые в теории позволят нам составлять «карту белков» так же, как мы собираем карту генов. По сути, квантовые расчеты также позволят нам моделировать сложные молекулярные взаимодействия на атомном уровне, что станет бесценным, если говорить о разработке новых методов медицинских исследований и фармацевтики. Мы могли бы смоделировать 20 000 белков и их взаимодействие с мириадами новых разных препаратов (даже тех, что еще не изобретены) с безукоризненной точностью. Анализ этих взаимодействий, опять же при помощи квантовых вычислений и продвинутых алгоритмов оптимизации, приведет нас к созданию новых методов лечения пока неизлечимых заболеваний.

Скорость квантового вычислений также позволит нам анализировать «квантовые точки» — крошечные полупроводниковые нанокристаллы размером в несколько нанометров, которые сейчас используются на передовой для лечения и обнаружения рака. Также квантовые компьютеры могли бы обнаруживать мутации в ДНК, которые пока кажутся совершенно случайными, и их связь с квантовыми флуктуациями.

Материаловедение и инженерия

Стоит ли говорить, что квантовые вычисления уже привели к массивным последствиям для материаловедения и инженерии, учитывая то, что квантовые расчеты лучше всего подходят для открытий на атомном уровне.

Сила квантовых вычислений позволит использовать все более сложные модели, которые будут отображать, как молекулы собираются и кристаллизуются с образованием новых материалов. Такие открытия, ведущие к созданию новых материалов, впоследствии приведут к созданию новых структур, имеющих последствия в сферах энергетики, борьбы с загрязнением и фармацевтических препаратов.

«Когда инженер строит дамбу или аэроплан, эта структура сперва проектируется при помощи компьютеров. Это  чрезвычайно сложно проделать на молекулярном или атомарном масштабе», объясняет Грэм Дэй, профессор химического моделирования в Университете Саутгемптона. «Очень сложно проектировать на атомных масштабах с нуля и уровень неудачи в процессе обнаружения новых материалов очень высок. По мере того, как физики и химики пытаются открыть новые материалы, они часто чувствуют себя в роли путешественников без надежной карты».

Квантовые вычисления смогут обеспечить весьма «надежную карту», позволив ученым имитировать и анализировать атомные взаимодействия с невероятной точностью, что в свою очередь приведет к созданию совершенно новых и более эффективных материалов — без проб и ошибок, неизбежно возникающих при попытке построить новые материалы в более широком масштабе. Это означает, что мы сможем найти и создать лучшие сверхпроводники, более мощные магниты, лучшие источники энергии и многое другое.

Источник{:}{:uk}У науковому співтоваристві утворився консенсус, що перший повністю функціональний квантовий комп’ютер буде готовий приблизно через десять років – і ця подія такого масштабу, що багато експертів закликають вважати роки, що залишилися до «Квантум».

Більшість людей, хоча б трохи знайомих з основними ідеями квантової механіки, вважають цю область кілька «дивною», оскільки вона іноді спантеличує навіть досвідчених квантових фізиків. В голові з’являються картинки людей, що ходять по стінах, які подорожують у часі і загальної невизначеності, яка загрожує викорінити наші самі звичні уявлення про істину і реальності. Стандартні виміру стають безглуздими.

З огляду на неймовірний потенціал квантових технологій, буде незайвим заявити, що ті, хто опанує цієї технологій в майбутньому, будуть мати суттєву перевагу перед тими, хто не опанує – і стосується це політики, фінансів, безпеки і багатьох інших сфер. Компанії на зразок Amazon, Microsoft і Intel з нетерпінням чекають впровадження квантової криптографії, оскільки побоюються, що хакери постараються дістатися до квантових можливостей і обрушити системи безпеки цих компаній.

І якщо вже ми можемо сказати, що квантові обчислення незабаром точно з’являться, потрібно зрозуміти, що це означає для майбутнього і які неймовірні нові (і іноді просто вражають) можливості принесуть квантові технології.

Перед вами десять неймовірних наслідків впровадження квантових технологій.

Експоненціальне збільшення обчислювальної швидкості

Для початку невелике коротке вступ: комп’ютер, на якому ви читаєте це, працює на тих же базових технологіях, які використовуються практично в кожному комп’ютері світу. Це кінцевий двійковий світ, в якому інформація закодована в бітах – одиницях і нулях – які можуть існувати тільки в двох станах (вкл і викл). Квантові обчислення, навпаки, використовують «кубіти», які можуть існувати в практично незліченних станах одночасно. (Грубо кажучи, n кубітів може існувати в 2 n різних станах одночасно).

Якщо згодувати звичайного комп’ютера послідовність з тридцяти 0 і 1, буде приблизно мільярд можливих значень цієї послідовності, і комп’ютер, що використовує звичайні біти, повинен проходити кожну комбінацію окремо, вимагаючи багато часу і пам’яті. З іншого боку, квантовий комп’ютер міг би «бачити» все мільярди послідовностей одночасно, що істотно скорочувало б тимчасові і обчислювальні витрати.

По суті, квантові комп’ютери будуть здатні проводити розрахунки за секунди, на які у звичайних комп’ютерів йшли б тисячі років.

Пошук нових ефективних препаратів

Завдяки неминучого зростання обчислювальної потужності, передбаченої законом Мура, з’явилося доступне секвенування ДНК. Але тепер ми ось-ось вступимо в епоху медицини, побудованої на квантових обчисленнях.

У той час як на ринку вже і без того багато хороших ліків, швидкість з якою вони виробляються, а також їх ефективність, на диво обмежені. Навіть з новітнім приростом швидкості і точності, вони досить незначні через обмеження стандартних комп’ютерів.

З організмом, настільки складним, як людське тіло, існує безліч способів, якими ліки можуть реагувати на навколишнє середовище. Додайте до цього безмежність генетичної різноманітності на молекулярному рівні, і потенційні наслідки для неспецифічних лікарських препаратів різко починають досягати мільярдних чисел.

І тільки у квантових комп’ютерів буде можливість вивчити кожен можливий сценарій взаємодії з препаратом і уявити не тільки найкращий можливий план дій, але також шанси людини на успішний прийом конкретного препарату – за рахунок комбінації більш точного і прискореного секвенування ДНК і більш точного розуміння фолдинга білка.

Ці ж самі нововведення, особливо щодо фолдинга білків, також неминуче приведуть до кращого розуміння того, як функціонує життя в цілому, що згодом призведе до набагато більш точному трактуванні, поліпшенню препаратів і поліпшенню результатів.

безмежна безпеку

Крім квантових стрибків в медицині, квантові технології також дають можливість створити практично невзламиваемие методи кібербезпеки і сверхбезопасний обмін даними на довгих відстанях.

У світі квантових дивацтв існує явище під назвою «квантова заплутаність», в якій дві або більше частинок з’єднуються загадковим чином, незалежно від середовища, яка існує між ними, і без будь-якої упізнаваний сигналізації. Це те, що Ейнштейн називав «моторошним дією на відстані». І оскільки немає певного середовища, в якій зв’язуються ці дві частинки, сигнали, закодовані з використанням заплутаних часток, неможливо буде перехопити. Наука, необхідна для цієї технології, поки розвинена недостатньо. Однак просування в цьому напрямку матиме неабиякий вплив на приватну і національну безпеку.

Різко збільшилася обчислювальна швидкість також буде сприяти розвитку кібербезпеки, оскільки експоненціально велика обчислювальна потужність квантових комп’ютерів дозволить їм протистояти навіть самим витончених методів злому, і це за допомогою квантового шифрування.

«Квантові обчислення безумовно будуть застосовуватися всюди, де ми використовуємо машинне навчання, хмарні обчислення, аналіз даних», говорить Кевін Карран, дослідник кібербезпеки в Університеті Ольстера. «В області безпеки це означає виявлення проникнення, пошук патернів в даних і більш складні форми паралельного обчислення».

Квантові комп’ютери зможуть передбачати «кроки» хакерів в мільйонах або мільярдах можливих ітераціях.

безмежний злом

Звичайно, з великою силою з’являється і велика відповідальність, і так само квантова міць, яка дозволить здійснювати квантове шифрування, також дозволить хакерами безпроблемно зламувати найскладніші методи безпеки, які забезпечуються щодо примітивними машинами.

Сьогодні найскладніші криптографічні методи, як правило, засновані на надзвичайно складних математичних завданнях. І хоча цих перешкод досить, щоб стримати більшість бінарних суперкомп’ютерів, квантовий комп’ютер зможе легко їх обійти. Здатність квантового комп’ютера знаходити закономірності в гігантських наборах даних з величезною швидкістю дозволить йому розраховувати величезні числа, в той час як звичайні комп’ютери будуть перебирати їх по одному за раз. З кубитами і квантової суперпозицією всі можливі варіанти будуть перевірятися одночасно.

Знадобилося майже два роки, щоб сотні комп’ютерів, що працюють одночасно, змогли розблокувати один приклад алгоритму RSA-768 (який мав два основні чинники і вимагав ключ довжиною сімсот шістдесят вісім бітів. Квантовий комп’ютер справиться з цим завданням за секунду.

Точні атомний годинник і виявлення об’єктів

Атомний годинник використовуються не тільки для щоденного відліку часу. Вони є важливим компонентом більшості сучасних технологій, включаючи GPS-системи та комунікаційні технології.

Зазвичай атомний годинник не вимагають тонкої настройки. Найточніші атомний годинник працюють, використовуючи коливання мікрохвиль, що випускаються електронами при зміні рівнів енергії. А атоми, які використовуються в годинах, майже охолоджуються для абсолютного нуля, що забезпечує тривалий час мікрохвильового зондування і більшу точність.

Новітні атомний годинник будуть використовувати сучасні квантові технології і незабаром стануть настільки точними, що їх будуть використовувати як надточні детектори об’єктів – вони зможуть відчувати найдрібніші зміни в гравітації, магнітних полях, електричних полях, русі, силі, температурі і інших явищах, які в природі коливаються в присутності речовини. Ці зміни будуть відображатися в змінах часу. (Не забувайте, що час, простір, речовина пов’язані між собою).

Це точно налаштоване виявлення допоможе в ідентифікації і видаленні підземних об’єктів, відстеження підводних човнів набагато нижче поверхні океану і навіть зробить навігацію і автоматичне водіння набагато точнішими, оскільки програмне забезпечення зможе краще розрізняти автомобілі та інші об’єкти.

фінансові ринки

У переплетеному світі фінансів, швидкість має першорядне значення. І дивно велика кількість проблем, з якими стикається фінансова галузь (багато з яких пов’язані з нестачею обчислювальної швидкості), залишаються невирішеними. Навіть найпотужніші звичайні комп’ютери, що використовують 0 і 1, не можуть хоча б приблизно спрогнозувати майбутні фінансові та економічні події, не кажучи вже про те, щоб вирішити найскладніші проблеми, пов’язані з ціноутворенням опціонів на швидко мінливому ринку.

Наприклад, багато опціони вимагають складних похідних, що залежать від різних факторів, що означає, що виплата опціону в кінцевому рахунку визначається шляхом зміни ціни базового активу. Спроба відобразити і передбачити всі можливі “шляхи” опціону занадто складна для сучасних машин. Однак, з огляду на свою швидкість і маневреність, квантові комп’ютери теоретично могли б ідентифікувати невірний цінової варіант опціону на акції і використовувати його для вигоди свого власника до того, як ринок зробить будь-які значимі дії.

Такого роду міць могла б, звичайно, завдати шкоди ринку і сильно підняти становище невеликих фірм, які володіють та управляють суперкомп’ютером – за рахунок окремих трейдерів і фірм, які можуть придбати такі технології.

Картування людського розуму

При всіх дивовижних досягнення, які мали місце в області нейронауки і свідомості за останні кілька десятиліть, учені до цих пір знають дивно мало про те, як працює свідомість. Але ми, втім, знаємо, що мозок людини – одна з найскладніших речей у відомій всесвіту, і щоб зрозуміти його повністю, необхідна обчислювальна сила нового типу.

Людський мозок складається з 86 мільярдів нейронів – клітин, які передають невеликі біти інформації за рахунок активації швидких електричних зарядів. І хоча електрична частина роботи мозку зрозуміла досить добре, сама свідомість залишається загадкою. «Завдання в тому», говорить нейробіолог Рафаель Юсте з Колумбійського університету, «щоб визначити, як фізична підкладка клітин, пов’язаних всередині цього органу, відноситься до нашого розумовому світу, нашим думкам, пам’яті, відчуттям».

І в спробі зрозуміти свідомість нейрофізіологи в значній мірі покладалися на аналогію з комп’ютером, оскільки мозок перетворює сенсорні дані і вводи у відносно передбачувані результати. І що може бути краще для розуміння роботи комп’ютера, ніж сам комп’ютер?

Доктор Кен Хейворт, невролог, який Картира мишачий мозок, вважає, що складання візуалізації повного мозку мухи займе приблизно один-два роки. Але та ж ідея зіставлення всього людського мозку буде просто нездійсненна без квантових обчислень.

Пошук далеких планет

Нікого не здивує, що квантове обчислення буде широко використовуватися в освоєнні космосу, що часто вимагає аналізу величезних наборів даних. Використовуючи квантові процесори, охолоджені до 20 міллікельвінов (близько до абсолютного нуля), інженери NASA планують використовувати квантові комп’ютери для вирішення найскладніших завдань оптимізації, пов’язаних з мільярдами даних.

Наприклад, вчені NASA зможуть використовувати крихітні коливання в квантових хвилях, щоб виявити дрібні, ледь помітні перепади тепла в невидимих ​​для нас зірках і, можливо, навіть чорних дір.

NASA вже використовує загальні принципи квантових обчислень для розробки безпечних і ефективних методів космічних подорожей – особливо коли справа доходить до відправки роботів в космос. NASA планує посилати роботизовані місії в космос приблизно за десять років, і серед його завдань стоїть використання квантової оптимізації для створення надточних інструментів прогнозування того, що може трапитися за час місії – щоб попередити будь-який можливий результат і створити план дій на кожен випадок.

Ретельніше і точне планування роботизованих місій також призведе до більш ефективного використання батарей, які виступають одним з основних обмежуючих факторів, коли справа доходить до роботизованих космічних місій.

генетика

Завершення проекту генома людини в 2003 році призвело до появи нової епохи в медицині. Завдяки глибокому розумінню генома людини, ми можемо адаптувати складні процедури спеціально під конкретні потреби людини.

Незважаючи на те, скільки ми вже знаємо про тонкощі людської ДНК, ми до сих пір разюче мало знаємо про білках, які кодує ДНК.

Додамо квантові розрахунки, які в теорії дозволять нам складати «карту білків» так само, як ми збираємо карту генів. По суті, квантові розрахунки також дозволять нам моделювати складні молекулярні взаємодії на атомному рівні, що стане безцінним, якщо говорити про розробку нових методів медичних досліджень і фармацевтики. Ми могли б змоделювати 20 000 білків і їх взаємодія з міріадами нових різних препаратів (навіть тих, що ще не винайдено) з бездоганною точністю. Аналіз цих взаємодій, знову ж за допомогою квантових обчислень і просунутих алгоритмів оптимізації, приведе нас до створення нових методів лікування поки невиліковних захворювань.

Швидкість квантового обчислень також дозволить нам аналізувати «квантові точки» – крихітні напівпровідникові нанокристали розміром в декілька нанометрів, які зараз використовуються на передовій для лікування і виявлення раку. Також квантові комп’ютери могли б виявляти мутації в ДНК, які поки здаються абсолютно випадковими, і їх зв’язок з квантовими флуктуаціями.

Матеріалознавство та інженерія

Чи варто говорити, що квантові обчислення вже привели до масивних наслідків для матеріалознавства та інженерії, з огляду на те, що квантові розрахунки найкраще підходять для відкриттів на атомному рівні.

Сила квантових обчислень дозволить використовувати всі більш складні моделі, які будуть відображати, як молекули збираються і кристалізуються з утворенням нових матеріалів. Такі відкриття, що ведуть до створення нових матеріалів, згодом приведуть до створення нових структур, що мають наслідки в сферах енергетики, боротьби з забрудненням та фармацевтичних препаратів.

«Коли інженер будує дамбу або аероплан, ця структура спершу проектується за допомогою комп’ютерів. Це надзвичайно складно виконати на молекулярному або атомарному масштабі », пояснює Грем Дей, професор хімічного моделювання в Університеті Саутгемптона. «Дуже складно проектувати на атомних масштабах з нуля і рівень невдачі в процесі виявлення нових матеріалів дуже високий. У міру того, як фізики і хіміки намагаються відкрити нові матеріали, вони часто відчувають себе в ролі мандрівників без надійної карти ».

Квантові обчислення зможуть забезпечити вельми «надійну карту», ​​дозволивши вченим імітувати і аналізувати атомні взаємодії з неймовірною точністю, що в свою чергу призведе до створення абсолютно нових і більш ефективних матеріалів – без проб і помилок, неминуче виникають при спробі побудувати нові матеріали в більш широкому масштабі. Це означає, що ми зможемо знайти і створити кращі надпровідники, більш потужні магніти, кращі джерела енергії та багато іншого.

Джерело{:}

Попередня стаття{:ru}6 функций LG G6 и Samsung Galaxy S8, которых нет ни в одном iPhone{:}{:uk}6 функцій LG G6 і Samsung Galaxy S8, яких немає ні в одному iPhone{:}
Наступна стаття{:ru}Ученые создали лекарство от старости и для полетов на Марс{:}{:uk}Вчені створили ліки від старості і для польотів на Марс{:}

2 КОМЕНТАРІ

  1. Доброго часу доби.
    Стаття досить цікава, але на жаль її читанню заважає неякісний переклад.

Залишити коментар до Олександр Скасувати відповідь

Будь ласка, введіть свій коментар!
Будь ласка, введіть своє ім'я тут