10 самых удивительных применений квантовых компьютеров

Слава о квантовых компьютерах растет день ото дня, обещая очень высокую вычислительную мощность. Хотя квантовые компьютеры еще не достигли своего квантового превосходства, некоторые компании, такие как D-Wave, уже представили коммерческий компьютер для квантового отжига.

Появление этих коммерческих квантовых компьютеров позволило ученым протестировать и использовать их в различных областях. Мы выбрали 10 лучших приложений квантового компьютера, которые, как думали люди, произойдут в будущем.

Продвинутый Искусственный Интеллект

Искусственный интеллект (ИИ) является чрезвычайно горячей областью в отраслях автоматизации, информатики и робототехники. Он уже заменяет людей и значительно улучшил результаты. В последнее десятилетие ИИ очень сильно развился с использованием нейронных сетей, которые являются моделью машинного обучения, основанного на нейронах нашего мозга.

Нейронные сети являются очень мощной моделью и могут адаптироваться к любой структуре данных. Они могут выполнять распознавание изображений, распознавание голоса и копировать поведение человека. Но главная сложность в нейронных сетях заключается в их обучении. Обучение больших нейронных сетей требует огромных вычислительных мощностей и занимает очень много времени. Эту проблему легко решить, используя квантовые компьютеры вместо классических компьютеров. Квантовые компьютеры могут значительно сократить время обучения больших нейронных сетей на очень больших наборах данных. По этой причине Google инвестирует в исследования и разработки в области квантовых компьютеров для ускорения своих алгоритмов ИИ. Некоторые модели нейронных сетей были протестированы на компьютере квантового отжига D-Wave, и результаты были довольно хорошими.

Прогноз погоды

Прогноз погоды - это прогноз погоды заранее путем анализа текущего состояния атмосферы и прошлого. Это выполняется на классических компьютерах путем обработки больших наборов данных многих погодных параметров. Из-за ограниченной точности компьютеров и недостаточной вычислительной мощности прогнозирование погоды на несколько дней вперед невозможно.

Проблема точности прогнозирования погоды может быть улучшена с помощью квантового компьютера, как предложил российский исследователь. В 2017 году он опубликовал статью, в которой продемонстрировал возможность повышения точности с помощью методологии динамического квантового кластеризации (DQC). Он также заявил, что DQC может даже создавать наборы данных для прогнозирования погоды, которые трудно создать на классических компьютерах.

Моделирование Молекул

Моделирование молекул и их поведения в различных условиях очень важно в области химии и биологии. Потому что симуляция позволяет химикам и биологам изучать молекулы и их взаимодействие, не выполняя фактический эксперимент.

Для моделирования молекул используются классические компьютеры, которые налагают множество ограничений и могут обрабатывать только ограниченное количество молекул. Тем не менее квант может нарушить эти ограничения и позволит моделировать очень сложные молекулы в очень больших компьютерах.

Квантовый компьютер семибитового чипа уже был опробован на моделировании молекул гидрида бериллия (BeH ₂). Конечно, это может вас не впечатлить, но подумайте немного о семибитовом чипе, выполняющем симуляцию. Мощность квантового компьютера значительно возрастет, если вы увеличите только несколько кубитов. Мощность квантовых компьютеров увеличивается экспоненциально с увеличением каждого кубита.

Лучшее лечение рака

Рак является одним из самых смертоносных заболеваний в мире, от которых ежегодно умирают миллионы человек. Согласно опросу Всемирной организации здравоохранения, в 2016 году было зарегистрировано более 1,7 миллиона случаев смерти, вызванных только раком дыхательных путей. Было установлено, что большинство людей умирают от рака на последней стадии. Тем не менее если рак распознается на ранней стадии, то существует высокая степень выздоровления от рака.

Существуют различные методы лечения рака, которые могут включать лекарства, лучевую терапию и хирургическое вмешательство. Многих пациентов лечат лучевой терапией, при которой облучение используется для разрушения раковых клеток. Лучевая терапия может также разрушить здоровые клетки и ткани, которые окружают раковые области. Чтобы свести к минимуму повреждение здоровых клеток, луч излучения оптимизирован для выполнения работы. Оптимизация пучка излучения в основном выполняется классическими компьютерами, для оптимизации которых требуется время.

В 2015 году исследователи из Института рака им. Розуэлла Парка представили новую методику, в которой вместо классического компьютера использовался компьютер квантового отжига. В результате использования этого нового компьютера процесс оптимизации занял значительно меньше времени и увеличил скорость в 3-4 раза.

Лучшее биомедицинское моделирование

Квантовые компьютеры могут использоваться для эффективного моделирования белков и функций клеток. Одна попытка такого типа решить загадку сворачивания белка. Попытка была предпринята исследователями из Гарвардского университета в 2012 году, и результаты оказались успешными. Они использовали компьютер квантового отжига, разработанный D-Wave, и обнаружили самую низкую конфигурацию аминокислот, которая не была обнаружена ранее. Это было большим достижением в моделировании сворачивания белка с хорошей точностью.

Лучшие финансовые услуги

D-Wave уже построил коммерческий квантовый компьютер, который содержит около 2000 кубитов и называется D-Wave 2000Q. Но это очень дорого и используется только несколькими организациями только для исследовательских целей. Квантовый компьютер D-Wave также можно использовать для управления сложными финансовыми расчетами и проблемами управления рисками. Кроме того, его можно использовать для сравнения и оптимизации новых финансовых моделей и снижения ключевых факторов глобального риска. Однако для глобальной финансовой системы потребуется более мощный квантовый компьютер, который находится в стадии исследований и разработок.

Улучшенный поток трафика

Пробки на дорогах являются одной из основных проблем в городах, которые могут возникнуть в любое время. Люди обычно просыпаются рано утром, чтобы прийти в офис раньше, чтобы избежать пробок. Но они все равно застряли и много раз опаздывали в офис. Google анализирует пробки и заторы, чтобы предложить своим пользователям самый быстрый и понятный путь к месту назначения.

Volkswagen пытается снизить количество пробок и заторов, контролируя и оптимизируя поток трафика. В 2017 году они экспериментировали на компьютере квантового отжига, чтобы найти оптимальные маршруты для ряда автомобилей. Они успешно показали метод, оптимизировав маршруты из 10 000 автомобилей на пекинских дорогах. Они утверждают, что процесс оптимизации в компьютере квантового отжига намного быстрее, чем в классическом компьютере.

Лучшее покрытие мобильных данных

Возможно, вы сталкивались со многими точками в вашем городе, где мобильный прием данных или спутниковая связь очень плохие. Проблема с плохим покрытием возникает, когда спутники не могут полностью покрыть область. Это связано с тем, что в юстировках спутников очень большое количество комбинаций. Выравнивание спутника должно быть оптимизировано, чтобы охватить большую часть области, которая в основном выполняется классическими компьютерами. Но очень сложно обработать все комбинации с классическими компьютерами за короткое время.

В документе, опубликованном в 2017 году, было предложено, чтобы методика Quadratic Unconstrained Binary Optimization (QUBO) могла быть выполнена на компьютерах с квантовым отжигом для ускорения процесса оптимизации. Хотя процесс будет значительно ускорен, он все равно не сможет покрыть все плохие зоны покрытия. Но при хорошей оптимизации вероятность плохого освещения будет меньше.

Квантовые компьютеры для игр

Многие геймеры впечатлены скоростью обработки, которую предлагает квантовый компьютер, и им может быть любопытно играть в очень большие игры на высоких частотах кадров на квантовых компьютерах. Возможно, в будущем игры на квантовых компьютерах позволят играть в очень большие игры. В настоящее время невозможно играть в большие игры, потому что квантовые компьютеры не работают по классическим компьютерным алгоритмам, а аппаратное обеспечение не достигло своего превосходства.

Однако для тестирования на квантовых компьютерах было разработано много небольших игр, таких как Quantum Battleship. Разработка игр для квантового компьютера требует различных методов алгоритмов и языка программирования. И такой тип языка программирования разрабатывается Microsoft под названием Q #. Этот новый язык программирования будет работать как на классических компьютерах, так и на квантовом компьютере, а также будет использовать преимущества аппаратного обеспечения квантового компьютера.

Эффективные индивидуальные рекламные объявления

Мы все ненавидим рекламу, когда нас бомбардируют ею, особенно когда она не имеет к нам никакого отношения. Компании мира тратят миллиарды долларов каждый год, чтобы представить свои продукты, но в большинстве случаев объявления доходят до человека, который считает их неуместными.

Эта проблема была проанализирована Recruit Communications, и они опубликовали исследовательскую работу. В этой исследовательской работе они показали, как использование компьютеров с квантовым отжигом может помочь нацелить рекламу на соответствующих клиентов и снизить стоимость рекламы.