Что такое квантовые облачные вычисления и как они работают?

• Что такое квантовые облачные вычисления?
• В чем разница между облачными вычислениями и квантовыми облачными вычислениями?
• Как работают квантовые облачные вычисления?
• Какова цель квантовых облачных вычислений?
• Как используются квантовые облачные вычисления?
• Как выглядит будущее облачных квантовых вычислений?

Что такое квантовые облачные вычисления?

Квантовые облачные вычисления делают ресурсы квантовых вычислений доступными для организаций, ученых и других пользователей с помощью облачных технологий.

Облачные квантовые компьютеры работают с большей скоростью и вычислительной мощностью, чем обычные компьютеры, потому что при решении сложных вычислительных задач используют принципы квантовой физики.

Существуют различные типы квантовых компьютеров: использующие квантовую нормализацию (квантовый отжиг), аналоговые квантовые симуляторы, универсальные квантовые компьютеры. Первые считаются наименее мощными среди квантовых компьютеров, но они хорошо подходят для решения задач оптимизации. Аналоговые квантовые симуляторы представляют собой мощные системы, способные решать задачи физики и биохимии.

Универсальные квантовые компьютеры являются наиболее мощным и широко используемым типом квантовых компьютеров. Они также являются самыми сложными в изготовлении. Универсальные вычисления потенциально могут получить доступ к 1 миллиону кубитов (базовым единицам квантовой информации). Однако текущая технология может получить доступ только к 100–400 кубитам.

Какое отношение все это имеет к технологии блокчейн? Поскольку квантовые вычисления невероятно мощны, они вызывают обеспокоенность в  блокчейн-сообществе, поскольку потенциально могут быть использованы в ущерб технологии блокчейна, какой мы ее знаем сегодня.

Во-первых, квантовые вычисления гипотетически могут быть использованы для получения несправедливого преимущества перед другими майнерами, работающими с доказательством работы (PoW), и, возможно, для доминирования в майнинге. Это ставит децентрализованные сети PoW, такие как Биткойн (BTC) и Litecoin (LTC), под угрозу централизации.

Во-вторых, квантовые вычисления также теоретически могут расшифровывать коды шифрования, используемые блокчейнами. Это означает, что квантовые вычисления могут позволить атаковать сеть блокчейна с использованием криптографии. Однако квантовые облачные вычисления могут также предложить эффективное решение для защиты и укрепления блокчейнов от квантовых атак.

В чем разница между облачными вычислениями и квантовыми облачными вычислениями?

Квантовые облачные вычисления используют квантовые принципы для распределенных вычислений, в то время как облачные вычисления используют удаленные серверы для предоставления услуг распределенных вычислений.

Облачные вычисления просто относятся к предоставлению таких услуг, как хранение данных, серверы, базы данных и сети через Интернет. Например, вместо хранения данных на физических серверах организация может выбрать услуги облачного хранилища, чтобы сократить расходы на обслуживание оборудования и другие расходы.

С другой стороны, квантовые облачные вычисления происходят от квантовых вычислений — формы вычислений, в которой для решения сложных задач используются принципы квантовой механики. Он предоставляет пользователям квантовые компьютеры для доступа к квантовым сервисам и решениям через облако.

Компании, использующие облачные вычисления, такие как Google, Amazon, IBM и Microsoft, также находятся в авангарде разработки квантовых компьютеров, чтобы усовершенствовать вычислительные технологии и предоставить большему количеству пользователей доступ к квантовым компьютерам через облако. Например, квантовый компьютер IBM Osprey имеет 433 кубита. Сообщается, что к 2025 году компания планирует масштабировать его до 4000 кубитов.

Как работают квантовые облачные вычисления?

Подобно решениям «платформа как услуга», службы квантовых облачных вычислений работают, подключая пользователей напрямую к квантовым процессорам, эмуляторам и симуляторам.

Физические квантовые компьютеры очень сложны, поэтому облачный доступ идеален для тех, кому нужно использовать возможности квантовых вычислений, не покупая собственную вычислительную машину.

По данным IBM, ее квантовые аппаратные системы размером примерно со средний автомобиль — в основном состоят из систем охлаждения, обеспечивающих поддержание идеальной рабочей температуры сверхпроводящего процессора.

Квантовые аппаратные системы сочетают сверхжидкости, которые работают на охлаждение системы; сверхпроводники, которые образуют переход Джозефсона для переноса зарядов посредством квантового туннелирования; и кубиты, облегчающие управление поведением и передачу информации.

Кубиты могут выполнять важную функцию, называемую суперпозицией, она позволяет им помещать хранящуюся в них квантовую информацию в состояние суперпозиции или комбинации всех возможных конфигураций кубитов. Это явление позволяет создавать многомерные вычислительные пространства, облегчая решение сложных задач.

Еще одна вещь, которая требует понимания, когда речь идет о квантовых вычислениях, — это концепция запутанности — квантово-механического эффекта. Запутанность относится к корреляции между поведением двух отдельных вещей. В контексте квантовой запутанности, когда кубиты запутываются, они вызывают изменения в других кубитах, позволяя системе находить решения быстрее, чем обычные компьютеры.

Вопреки распространенному, но ошибочному мнению, что квантовые вычисления могут решать сложные проблемы, параллельно пробуя каждую возможную конфигурацию проблемы, квантовые компьютеры используют запутанность кубитов для изучения вероятностей. Затем они выполняют алгоритм, чтобы увеличить шансы найти наилучший возможный ответ.

Какова цель квантовых облачных вычислений?

Квантовые вычисления потенциально могут решить ранее неразрешимые проблемы в различных областях, таких как экономика, дизайн, разработка лекарств, финансы, логистика и многое другое.

Например, крупномасштабные платформы квантовых облачных вычислений можно использовать для решения задач, связанных с оптимизацией логистики и планированием ресурсов в бизнес-контексте. В здравоохранении квантовые облачные вычисления потенциально могут анализировать большие объемы данных пациентов, чтобы найти наиболее эффективные методы лечения конкретных заболеваний.

В области кибербезопасности квантовые компьютеры могут использовать свою повышенную вычислительную мощность для борьбы с киберпреступностью и утечкой данных. Преимущества квантовых облачных вычислений многочисленны. Одним из существенных преимуществ является то, что организации могут получить доступ к мощности квантовых вычислений, не покупая собственные машины и системы охлаждения.

Это также позволяет квантовым исследователям, таким как студенты и ученые, изучающие квантовую физику, лучше понимать квантовые принципы и проводить эксперименты без физического доступа к квантовому компьютеру.

Как используются квантовые облачные вычисления?

Среди текущих приложений квантовых облачных вычислений есть приложения, связанные с тестированием квантовых алгоритмов.

В частности, квантовые алгоритмы создаются на обычных компьютерах и тестируются на квантовых компьютерах для обеспечения жизнеспособности. Квантовые вычисления имеют высокую техническую стоимость и барьеры для входа, но облачные квантовые вычисления позволяют предприятиям и исследователям использовать эту технологию для изучения различных приложений квантовых вычислений.

Квантовые вычисления все еще находятся в зачаточном состоянии с точки зрения разработки и внедрения, поэтому все еще применяются недостаточно широко. Однако предоставление технологии через распределенные облачные вычисления меняет правила игры, открывая двери для многих потенциальных приложений в будущем.

Как выглядит будущее облачных квантовых вычислений?

Эксперты прогнозируют, что внедрение облачных квантовых вычислений может быть более сложной задачей, чем использование искусственного интеллекта, которое значительно расширилось за последнее десятилетие.

Эта проблема частично связана со сложными техническими требованиями квантовых компьютеров. Поскольку квантовые аппаратные системы требуют чрезвычайно холодных условий эксплуатации, поставщикам облачных услуг необходимо создать специальные пространства для квантовых компьютеров. Существующие сегодня центры обработки данных плохо оборудованы для этой цели.

Кроме того, квантовые вычисления и связанное с ними программное обеспечение все еще находятся на ранних стадиях разработки и внедрения, поэтому отрасль в целом все еще считается зарождающейся. Программистам также потребуется приобрести новые арифметические и логические навыки, поскольку типичные подходы к цифровому программированию сильно отличаются от подходов, необходимых для квантовых вычислений.

Тем не менее, эксперты сохраняют оптимизм в отношении потенциала облачных квантовых вычислений, полагая, что они могут обеспечить значительные преимущества для различных отраслей, таких как финансы, логистика, здравоохранение и так далее.

По мере развития технологии весьма вероятно, что облачные квантовые вычисления будут широко доступны в ближайшем будущем, что упростит и удешевит для предприятий доступ к этой мощной технологии.

Облачные компании, вероятно, станут первыми поставщиками квантовых вычислений как услуги, поскольку эта услуга просто расширит существующие предложения. При эффективном развертывании и продаже квантовые облачные вычисления могут стать столь же распространенными, как и реализации искусственного интеллекта и машинного обучения.