8 راه برای تحول دنیای فناوری توسط Quantum computers

Quantum computers: بزرگ‌ ترین شرکت‌ های جهان در حال حاضر برنامه‌ دارند تا از محاسبات کوانتومی استفاده نمایند. دولت‌ ها نیز بودجه هایی را برای تحقیقات کوانتومی سرمایه‌گذاری کرده اند. برای سیستم هایی که هنوز مفید واقع شده اند، Quantum computers قطعا توجه زیادی را به خود جلب نموده اند.

دلیل این امر این است که Quantum computers، اگرچه هنوز تا رسیدن به بهره وری کامل فاصله دارند، اما انتظار می‌ رود که در نهایت عصر کاملاً جدیدی از محاسبات را آغاز کنند. دورانی که دیگر در آن سخت‌ افزار محدودیتی برای حل مشکلات پیچیده نخواهد بود. به این معنی که برخی از محاسبات که پیش از این سال‌ ها و یا حتی قرن‌ ها طول می‌ کشید تا توسط سیستم‌ های کلاسیک تکمیل شوند، در عرض چند دقیقه قابل دستیابی باشند.

از شبیه‌ سازی مواد جدید و کارآمدتر گرفته تا پیش‌ بینی چگونگی تغییر بازار سهام با دقت بیشتر، پیامدهای آن برای کسب‌وکار ها به طور بالقوه بسیار زیاد است. در اینجا به بررسی شش مورد استفاده کوانتومی خواهیم پرداخت که می‌تواند بازی را در کل صنایع تغییر دهد.

Quantum computers- کشف دارو های جدید:

کشف داروهای جدید تا حدی بر حوزه‌ ای از علم به نام شبیه‌ سازی مولکولی متکی است که شامل مدل‌ سازی روشی است که ذرات درون یک مولکول برهم‌کنش می‌کنند تا پیکربندی جدیدی ایجاد کنند که قادر به مبارزه با یک بیماری خاص باشد.

این فعل و انفعالات فوق العاده پیچیده هستند و می توانند اشکال مختلفی به خود بگیرند، به این معنی که پیش بینی دقیق نحوه رفتار یک مولکول بر اساس ساختار آن مستلزم محاسبات زیادی است.

انجام این فرآیند به صورت دستی غیر ممکن است، و اندازه مشکل نیز برای رایانه های کلاسیک امروزی فراتر از توان آنهاست. در واقع، انتظار می رود که مدل سازی یک مولکول با تنها 70 اتم، توسط یک کامپیوتر کلاسیک تا 13 میلیارد سال طول بکشد.

به همین دلیل است که کشف دارو های جدید بسیار طول می‌کشد: دانشمندان عمدتاً یک رویکرد آزمون و خطا را اتخاذ می‌کنند، که در آن هزاران مولکول را در برابر بیماری هدف آزمایش می‌کنند به این امید که در نهایت یک تطابق موفق پیدا شود.

با این حال، Quantum computers این پتانسیل را دارند که روزی مشکل شبیه سازی مولکولی را در چند دقیقه حل کنند. این سیستم‌ ها به گونه‌ ای طراحی شده‌ اند که بتوانند محاسبات زیادی را به طور همزمان انجام دهند، به این معنی که می‌توانند به طور یکپارچه تمامی فعل و انفعالات پیچیده‌ بین ذرات سازنده مولکول‌ ها را شبیه‌سازی کنند و دانشمندان را قادر می‌ سازد تا به سرعت گزینه های داروهای موفق را شناسایی کنند.

این بدین معنی است که دارو های نجات دهنده، که در حال حاضر به طور متوسط هر 10 سال یک بار به بازار روانه می شوند، می توانند سریعتر و بسیار مقرون به صرفه تر طراحی شوند.

اوایل سال جاری، غول مراقبت‌ های بهداشتی Roche اعلام کرد که با کمبریج کوانتومی (CQC) همکاری می‌کند تا از تلاش‌ها در زمینه تحقیقات برای مقابله با بیماری آلزایمر با استفاده از Quantum computers حمایت کند.

شرکت های کوچکتر نیز به این فناوری علاقه مند هستند. برای مثال، استارت‌ آپ زیست‌ شناسی مصنوعی Menten AI، با شرکت بازپخت کوانتومی D-Wave همکاری کرده است تا بررسی کند که چگونه الگوریتم‌های کوانتومی می‌توانند به طراحی پروتئین‌های جدیدی کمک کنند که در نهایت می‌ توانند به عنوان داروهای درمانی استفاده شوند.

ساخت باتری های جدید با Quantum computers:

از برق رسانی به خودرو ها تا ذخیره انرژی های تجدیدپذیر، باتری ها در حال حاضر در همه ابعاد زندگی ها وجود دارند و نقش آنها فقط در حال پر رنگ شدن است. اما این محصولات از کامل بودن فاصله زیادی دارند: ظرفیت آنها هنوز محدود است، و سرعت شارژ آنها نیز محدود است، به این معنی که آنها همیشه گزینه مناسبی نیستند.

یک راه حل شامل جستجوی مواد جدید با خواص بهتر برای ساخت باتری است. این یکی دیگر از مشکلات شبیه‌ سازی مولکولی است — این بار مدل‌ سازی رفتار مولکول‌هایی که می‌توانند مواد اولیه بالقوه برای مواد مورد نیاز ساخت باتری جدید باشند. بنابراین، طراحی باتری، مشابه طراحی دارو، یکی دیگر از کار های پر داده حجیم است که برای یک Quantum computersبهتر از یک دستگاه کلاسیک مناسب است.

به همین دلیل است که اکنون شرکت خودروسازی آلمانی دایملر با شرکت آی‌بی‌ام همکاری کرده است تا ارزیابی کند که چگونه Quantum computers می‌ توانند به شبیه‌ سازی رفتار مولکول‌ های گوگرد در محیط‌ های مختلف کمک کنند، این دو شرکت هدف نهایی ساخت باتری‌های لیتیوم-گوگردی که عملکرد بهتر، ماندگاری و کمتری داشته باشند را مدنظر قرار داده اند.

پیش بینی وضع آب و هوا با Quantum computers:

علیرغم وجود میزان زیادی از توان محاسباتی موجود از ابر کامپیوترهای پیشرفته امروزی، پیش‌بینی‌های آب‌وهوا هنوز می‌توانند به طرز ناامیدکننده‌ای با خطا همراه باشند. این به این دلیل است که راه های بی شماری وجود دارد که یک رویداد آب و هوایی ممکن است خود را نشان دهد و دستگاه های کلاسیک قادر به دریافت تمام داده های مورد نیاز برای یک پیش بینی دقیق نیستند.

از سوی دیگر، همانطور که Quantum computers می‌ توانند تمام فعل و انفعالات ذره‌ای که در یک مولکول در حال انجام است را به طور همزمان شبیه‌سازی کنند تا رفتار آن را پیش‌بینی کنند، همچنین می‌توانند مدل‌سازی کنند که چگونه عوامل محیطی بی‌شماری برای ایجاد یک طوفان بزرگ تاثیر گذار خواهند بود.

و از آنجایی که کامپیوترهای کوانتومی می توانند تقریباً تمام داده های مربوطه را به یکباره تجزیه و تحلیل کنند، احتمالاً پیش بینی هایی بسیار دقیق تر از پیش بینی های فعلی آب و هوا ایجاد می کنند. این نه تنها برای برنامه ریزی رویداد بعدی شما در فضای باز خوب است، بلکه می تواند به دولت ها کمک کند تا برای بلایای طبیعی بهتر آماده شوند.

مشارکت‌ هایی نیز برای بررسی دقیق‌تر پتانسیل Quantum computers در حال شکل گیری است. برای مثال، سال گذشته، مرکز اروپایی پیش‌بینی‌های هوا (ECMWF) مشارکتی با شرکت فناوری اطلاعات Atos به وجود آورد که شامل دسترسی به شبیه‌ ساز محاسبات کوانتومی Atos می‌ شد، در تلاشی برای بررسی اینکه چگونه محاسبات کوانتومی ممکن است بر پیش‌بینی آب و هوا و آب و هوا تأثیر بگذارد.

خرید سهام با استفاده از Quantum computers:

جی پی مورگان، گلدمن ساکس و ولز فارگو همگی به طور فعال در حال بررسی پتانسیل Quantum computers برای بهبود کارایی عملیات بانکی هستند.

راه‌های مختلفی وجود دارد که این فناوری می‌تواند از فعالیت‌های بانک‌ ها پشتیبانی کند، اما یکی از روش‌ های نویدبخش استفاده از محاسبات کوانتومی برای رویه‌ای به نام شبیه‌سازی مونت کارلو است.

عملیات مونت کارلو شامل قیمت گذاری دارایی های مالی بر اساس چگونگی تغییر قیمت دارایی های مرتبط در طول زمان است، به این معنی که لازم است ریسک ذاتی سهام، ارزها و کالاهای مختلف در نظر گرفته شود. این رویه اساساً به پیش‌ بینی چگونگی تکامل بازار خلاصه می‌شود. فرآیندی که با مقادیر بیشتری از داده‌ های مرتبط دقیق‌ تر هم خواهد شد.

بر اساس تحقیقات انجام شده توسط گلدمن ساکس و شرکت محاسبات کوانتومی QC Ware، توانایی‌ های محاسباتی بی‌سابقه Quantum computers می‌ تواند محاسبات مونت کارلو را تا 1000 برابر افزایش دهد.

پردازش زبان های طبیعی و Quantum computers:

برای دهه‌ ها، محققان سعی کرده‌ اند به رایانه‌های کلاسیک بیاموزند که چگونه معنی را با کلمات مرتبط کنند تا کل جملات را معنا کنند. این یک چالش بزرگ با توجه به ماهیت زبان است که به عنوان یک شبکه تعاملی عمل می کند: به جای اینکه «مجموع» معنای هر کلمات معادل معانی جمله باشد، یک جمله اغلب باید به عنوان یک واحد کلی تفسیر شود. و این حتی قبل از این است که بخواهیم طعنه، طنز یا دلالت را توضیح دهیم.

در نتیجه، حتی پیشرفته‌ترین الگوریتم‌ های کلاسیک پردازش زبان طبیعی (NLP) هنوز هم می‌توانند برای درک معنای جملات اصلی مشکل داشته باشند. اما محققان در حال بررسی این موضوع هستند که آیا Quantum computers ممکن است برای نمایش زبان به عنوان یک شبکه مناسب‌تر باشند یا خیر!

این زمینه به عنوان پردازش زبان طبیعی کوانتومی (QNLP) شناخته می شود و تمرکز اصلی محاسبات کوانتومی کمبریج (CQC) است. این شرکت قبلاً به صورت تجربی نشان داده است که جملات را می توان در مدارهای کوانتومی پارامتر کرد، جایی که معانی کلمات را می توان با توجه به ساختار دستوری جمله جاسازی کرد.

محافظت از داده های حساس با Quantum computers:

رمزنگاری مدرن متکی به کلید هایی است که توسط الگوریتم‌ ها برای رمزگذاری داده‌ ها تولید می‌شوند، به این معنی که تنها طرف‌ هایی که به آنها اجازه دسترسی به کلید داده شده است، ابزار رمزگشایی پیام را دارند. بنابراین، خطر دو جانبه است: هکر ها می توانند کلید رمزنگاری را برای رمزگشایی داده ها رهگیری کنند، یا می توانند از رایانه های قدرتمند برای تلاش و پیش بینی کلید تولید شده توسط الگوریتم استفاده کنند.

این موضوع به این دلیل است که الگوریتم‌های امنیتی کلاسیک قطعی هستند: یک ورودی مشخص همیشه خروجی یکسانی را تولید می‌کند، به این معنی که با مقدار مناسبی از قدرت محاسباتی، یک هکر می‌تواند نتیجه را پیش‌ بینی کند.

این رویکرد به کامپیوتر های بسیار قدرتمندی نیاز دارد و خطری کوتاه مدت برای رمزنگاری در نظر گرفته نمی شود. اما از آن جا که سخت افزار در حال بهبود است، محققان امنیتی به طور فزاینده ای هشدار می دهند که در آینده به کلید های رمزنگاری امن تری نیاز خواهد بود.

بنابراین، یکی از راه‌های تقویت کلید ها این است که آنها را کاملاً تصادفی و غیرمنطقی کنیم – به عبارت دیگر، حدس زدن ریاضی آنها غیرممکن است و این کار با Quantum computers میسر شدنی است.

و همانطور که مشخص است، تصادفی بودن بخش اساسی رفتار کوانتومی است: به عنوان مثال، ذرات تشکیل دهنده یک پردازنده کوانتومی به روش های کاملاً غیرقابل پیش بینی رفتار می کنند. بنابراین، این رفتار می‌تواند برای تعیین کلید های رمزنگاری که مهندسی معکوس آن‌ها حتی با قوی‌ترین ابررایانه‌ها غیرممکن است، استفاده شود.

بیشتر بخوانید


نشانی سایت منبع