I fremtiden, alle kan bruge kvantecomputere

Computere blev engang betragtet som avanceret teknologi, kun tilgængelig for forskere og uddannede fagfolk. Men der var et seismisk skift i computerhistorien i anden halvdel af 1970'erne. Det var ikke kun, at maskiner blev meget mindre og mere kraftfulde - dog selvfølgelig, de gjorde. Det var skiftet i, hvem der ville bruge computere og hvor:De blev tilgængelige for alle at bruge i deres eget hjem.

I dag, quantum computing er i sin vorden. Kvantberegning inkorporerer nogle af de mest tankegående begreber fra det 20. århundredes fysik. I USA, Google, IBM og NASA eksperimenterer og bygger de første kvantecomputere. Kina investerer også stort i kvante -teknologi.

Som forfatter til "Quantum Computing for Everyone, "udkommer i marts, Jeg tror, ​​at der vil være et analogt skift til kvanteberegning, hvor entusiaster vil kunne lege med kvantecomputere fra deres hjem. Dette skift vil ske meget hurtigere, end de fleste mennesker er klar over.

Stigningen af ​​personlige computere

De første moderne computere blev konstrueret i 1950'erne. De var store, ofte upålidelig, og efter nutidens standarder, ikke særlig kraftfuld. De var designet til at løse store problemer, såsom at udvikle den første brintbombe. Der var generel enighed om, at det var den slags, computere var gode til, og at verden ikke ville have brug for mange af dem.

Selvfølgelig, denne opfattelse viste sig at være helt forkert.

I 1964, John Kemeny og Thomas Kurtz skrev det BASIC sprog. Deres mål var at designe et simpelt programmeringssprog, der ville være let at lære og ville sætte alle i stand til at programmere. Som resultat, programmering var ikke længere udelukkende for højtuddannede forskere. Alle kunne nu lære at programmere, hvis de ville.

Dette skift i computing fortsatte, da de første hjemmecomputere dukkede op i slutningen af ​​1970'erne. Hobbyister kunne nu købe deres egen computer og programmere den derhjemme. Forældre og børn kunne lære sammen. Disse første computere var ikke særlig kraftfulde, og der var et begrænset antal ting, du kunne gøre med dem, men de havde en yderst entusiastisk modtagelse.

Mens folk legede med deres maskiner, de indså, at de ville have flere funktioner og mere strøm. Grundlæggerne af Microsoft og Apple forstod, at hjemmecomputeren havde en lys fremtid.

Næsten hver amerikaner ejer nu en bærbar computer, tablet eller smartphone - eller alle tre. De bruger meget tid på sociale medier, e-handel og søgning på internettet.

Ingen af ​​disse aktiviteter eksisterede i 1950'erne. Ingen vidste dengang, at de ville eller havde brug for dem. Det var tilgængeligheden af ​​et nyt værktøj, computeren, der førte til deres udvikling.

Indtast kvante

Klassisk beregning, den slags beregninger, der driver computeren i dit hjem, er baseret på, hvordan mennesker regner. Det opdeler alle beregninger i deres mest grundlæggende dele:de binære cifre 0 og 1. I dag er vores computere bruger bits - et portmanteau -ord fra binære cifre - fordi de er nemme at implementere med switches, der enten er til eller fra.

Kvantberegning er baseret på, hvordan universet beregner. Det indeholder alt klassisk computing, men indeholder også et par nye begreber, der kommer fra kvantefysik.

I stedet for bitene i klassisk beregning, quantum computing har qubits. Imidlertid, resultatet fra en kvanteberegning er nøjagtig det samme som det fra en klassisk beregning:et antal bits.

Forskellen er, at under beregningen, computeren kan manipulere qubits på flere måder, end den kan med bits. Det kan sætte qubits i en superposition af stater og forvirre dem.

Både superposition og sammenfiltring er begreber fra kvantemekanik, som de fleste ikke kender. Superposition betyder nogenlunde, at en qubit kan være i en blanding af både 0 og 1. Indvikling angiver sammenhæng mellem qubits. Når en af ​​et par sammenfiltrede qubits måles, der umiddelbart viser, hvilken værdi du får, når du måler sin partner. Dette er, hvad Einstein omtalte som "uhyggelig handling på afstand".

Den matematik, der er nødvendig for en fuldstændig beskrivelse af kvantemekanik, er skræmmende, og denne baggrund er nødvendig for at designe og bygge en kvantecomputer. Men den matematik, der er nødvendig for at forstå kvanteberegning og for at begynde at designe kvantekredsløb, er meget mindre:Gymnasialalgebra er i det væsentlige det eneste krav.

Quantum computing og dig

Kvantecomputere er kun lige begyndt at blive bygget. Det er store maskiner, der er lidt upålidelige og endnu ikke meget kraftfulde.

Hvad skal de bruges til? Quantum computing har vigtige anvendelser inden for kryptografi. I 1994, MIT -matematiker Peter Shor viste, at hvis kvantecomputere kunne bygges, de ville være i stand til at bryde nuværende internetkrypteringsmetoder. Dette ansporede konstruktionen af ​​nye måder at kryptere data, der kan modstå kvanteangreb, lancere en alder af post-kvantekryptografi.

Det ser også ud til, at kvanteberegning sandsynligvis vil have stor indflydelse på kemi. Der er visse reaktioner, som klassiske computere har svært ved at simulere. Kemikere håber, at kvantecomputere vil være effektive til at modellere disse kvantefænomener.

Men jeg synes ikke, det giver meget mening at spekulere i, hvad de fleste mennesker vil lave med kvantecomputere om 50 år. Det kan være mere fornuftigt at spørge, hvornår quantum computing bliver noget, som alle kan bruge hjemmefra.

Svaret er, at dette allerede er muligt. I 2016, IBM tilføjede en lille kvantecomputer til skyen. Alle med en internetforbindelse kan designe og køre deres egne kvantekredsløb på denne computer. Et kvantekredsløb er en sekvens af grundlæggende trin, der udfører en kvanteberegning.

Ikke alene er IBMs kvantecomputer gratis at bruge, men denne kvantecomputer har en simpel grafisk grænseflade. Det er en lille, ikke særlig kraftig maskine, meget som de første hjemmecomputere, men hobbyister kan begynde at spille. Skiftet er begyndt.

Mennesker går ind i en alder, hvor det er ligetil at lære og eksperimentere med kvanteberegning. Som med de første hjemmecomputere, det er måske ikke klart, at der er problemer, der skal løses med kvantecomputere, men mens folk spiller, Jeg tror, ​​det er sandsynligt, at de vil opdage, at de har brug for mere strøm og flere funktioner. Dette åbner vejen for nye applikationer, som vi endnu ikke har forestillet os.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons -licens. Læs den originale artikel.