Utsikt fra India: Quantum computing sitt fantastiske potensial

Et bilde av penicillinmolekylet kan være vanskelig å analysere, enn si molekyler med over 100 komponenter. Det er her kvanteberegning passer inn. Den har en unik evne til å beregne strukturer på atomære og subatomære skalaer og gjør det med presisjon. Det er bare en av egenskapene. Ingen overraskelse at teknologien kunne finne applikasjoner i kommunikasjonssatellitter som kan sendes til mottakere på jorden. Dette kan brukes til vitenskapelige studier. Det er ikke alt. Kvantedatabehandling kan brukes i helsevesen, kommunikasjon og storskala optimalisering som trafikkflyt, varelevering og oppgavesimulering. Det kan trolig hjelpe å sile gjennom store biter av data knyttet til klima eller befolkning.

Gitt dette mangfoldet, investerer regjeringen og private selskaper i denne teknologien for forskning og kommersielle applikasjoner. Start-ups kan også lete etter muligheter innen programvare, maskinvare og produksjon av mindre deler. Unionsbudsjettet for 2020 øremerket 8000 crore (80 milliarder) rupier (860 millioner pund) til kvanteteknologiforskning i løpet av de neste fem årene.

Departementet for elektronikk og informasjonsteknologi (MeitY) hadde også annonsert et samarbeid med Amazon Web Services (AWS) for å utvikle et Quantum Computing Applications Lab. Et kvanteberegningslaboratorium og et AI-senter ved et militært ingeniørinstitutt i Mhow, Madhya Pradesh, er etablert av den indiske hæren. I fjor lanserte den indiske regjeringen Quantum Simulator (QSim)-enheter som er ment for å studere kvanteeffekter, som kan være vanskelige å forfølge i et laboratorium. Dette er for utviklere, forskere og studenter for å forske på kvantedatabehandling. Plattformen er bygget av Indian Institute of Sciences (IISc), Bangalore, Indian Institute of Technology (IIT), Roorkee og Center for Development of Advanced Computing (C-DAC). Nettlesere kan logge på hvor som helst gjennom qctoolkit.com. Google har også annonsert en lignende QSim i fjor. IBM har kommet med initiativer som IBM Quantum Challenge, IBM Quantum Summer School og Qiskit Challenge-India. Qiskit er IBMs programvareutviklingssett med åpen kildekode. Honeywell og Boeing tilbyr skysimuleringer av kvantedatabehandling.

Forhåpentligvis vil denne innsatsen utløse nye studier innen teknologien. Det neste du tenker på er kvantedatamaskiner, som er langt unna de vanlige klassiske datamaskinene. Standarddatamaskiner lagrer informasjon som binære 0- og 1-tilstander. Kvanteberegningsanalogen til klassiske databiter er qubit eller kvantebiter. En qubit kan være i en kombinasjon av tilstander. Denne differensiatoren gir den en ekstra kjørelengde som kan brukes til å utlede store beregninger.

Kvantedatamaskiner erstatter kanskje ikke de klassiske. De kunne samarbeide med klassiske datamaskiner for å løse beregningsproblemer. Algoritmene fra kvantedatamaskiner kan brukes til å måle og forstå hullene i de klassiske datamaskinene.

Et iboende trekk ved kvantedatamaskiner er at de må holdes kalde, mye kaldere enn området rundt. Det ville kreve mye ingeniørarbeid og justeringer for å forbedre teknologien og bygge storskala kvantedatamaskiner og implementere dem for å forstå strukturen til molekyler og nye materialer. “Den virkelige utfordringen i dag er ikke å bygge en kvantedatamaskin og vise at den kan fungere (det gjør det)…men å skalere opp teknologien og bygge storskala superkvantedatamaskiner,” sa Shohini Ghose, Wilfrid Laurier University, i en tale. på Keysight World Innovate-arrangementet som ble holdt virtuelt.

Ikke bare det, kvantedatamaskiner er basert på kvantemekanikk og kvanteusikkerhet, som kan brukes funksjonelt. For å gi et eksempel, er det kanskje ikke mulig å vite om hver enkelt egenskap, bevegelse og plassering av et elektron eller atom. Kvanteusikkerhet kan i sin natur brukes til å lage en datamodell for å få innsikt i elektronet eller atomet. Ved å gjøre det utvides databehandlingsområdet og kan brukes til å takle sikkerhetstrusler. “Hvis du ønsker å skjule informasjon fra avlyttere, kan kvanteberegning brukes til å kode informasjon om kvantedataene. Når en partikkel- og kvantebit samhandler, kan de bli låst sammen. Sammen har de en forbindelse og deres samforhold kan utnyttes for å utvikle en ny type beregningsprotokoller og beregninger,” la Ghose til, en prisvinnende kvantefysiker som kastet lys over det grunnleggende om kvanteberegning, dets løfte, dets farer, og hva du kan forvente av det i fremtiden.

Prosessen med kvanteberegning involverer teleportering. Enkelt sagt skjer kvanteteleportering når kvanteinformasjon overføres fra kilde til destinasjon gjennom sammenfiltrede tilstander. «Kvanteteleportering er overveldende. Teleport-qubits kan åpne opp veier innen kvanteinternett, nettverk og saker relatert til personvern og konfidensialitet,» begrunnet Jeff Harris, visepresident, portefølje- og bedriftsmarkedsføring hos Keysight Technologies.

Kvantedatabehandling kan påvirke ulike deler av samfunnet, det kan være en sosial innvirkningsrevolusjon. Men et sted kan folk begynne, og dette kan bli en brukssak for andre å etterligne. Som for andre teknologier er det flaskehalser også her. “Ytelse, skalerbarhet og oppetid er blant de tre tekniske utfordringene ved kvantedatabehandling. Vi designer produkter basert på de tre parameterne for å løse ulike problemer. Vi er i ferd med å skape neste generasjons kvanteingeniører ved å stelle dem på YouTube og gjennom partnerskapsinitiativer,” forklarte Giampaolo Tardioli, visepresident for kommunikasjonsløsningsgruppen, Keysight Technologies.

Flere tiår lang hype rundt kvantesystemer eksisterer sannsynligvis fortsatt. Likevel kan det tilby nære og langsiktige potensialer. Men da må tekniske utfordringer kanskje overvinnes for at kvantesystemer skal realisere løftet sitt på felt som spenner over cybersikkerhet, materialproduksjon, finansiell analyse og militære mottakere.