Практические приложения квантовых компьютеров

Разработанные учеными и IT-инженерами модели электронно-вычислительных машин, работающих на принципах квантовой механики, обладают огромным потенциалом для облегчения труда человека в самых разных производственных сферах. Они способны оперативно выполнять сложные математические действия с многозначными числами, без потери производительности совершать длинные цепочки многозадачных действий, систематизировать и классифицировать файлы различного типа по заданным пользователям критериям, с высокой точностью обрабатывать большие объемы информации и работать с базами данных.

В основу инновационных моделей компьютеров положены принципы квантовой механики, которые принципиально отличаются от алгоритмов работы традиционных электронно-вычислительных машин. Простые персональные компьютеры, которые сегодня стоят в каждой квартире, не могут сравнить в скорости работы инновационных машин квантового типа. Это объясняется принципиальными отличиями в технологии обработки информации традиционными моделями компьютеров и электронно-вычислительными машинами нового поколения. Ресурсы старых компьютеров и их программное обеспечение не позволяют им быстро выполнять длинные цепочки действий и сложные расчеты.

Возможными вариантами практического приложения современных электронно-вычислительных машин, работающих на принципах квантовой механики, по мнению экспертов, могут стать:

1. Сфера информационной безопасности. Квантовые технологии позволяют сохранить конфиденциальность персональных сведений. Защита персональных данных в компьютерах квантового типа вышла на новый уровень. Инновационная технология позволяет создавать безопасные инструменты шифрования, которые имеют высокую степень защиты от традиционных методов хакерского взлома. Также они обеспечивают высокий уровень защиты при виртуальном обмене секретными документами между пользователями. Квантовые алгоритмы защищают компьютеры нового поколения от взлома.
2. Криптография. В этой отрасли компьютеры нового поколения будут востребованы так как квантовые алгоритмы успешно показали себя в работе в условиях неопределенности. Способность мельчайших информационных частиц принимать при кодировке не только два значения в виде цифр 0 и 1, но и комбинированные варианты, характерные для суперпозиций, гарантирует надежное кодирование информации и ее защиту от злоумышленников. Квантовые технологии не позволяют злоумышленникам похитить информацию с помощью квантового взлома, так как классические криптографические методики типа Эль-Гамаля и RSA несовместимы с механизмами работы квантового компьютера. Атаки злоумышленников будут успешно отражаться квантовым алгоритмом Шора, который с помощью факторизации обеспечивает безопасную работу остальных компонентов электронно-вычислительной системы.
3. Оптимизация методов решения вычислительных задач. Квантовые технологии позволяют с минимальными временными затратами найти все возможные варианты решения задач с несколькими неизвестными компонентами, построить наиболее рациональную логистическую схему, выбрать оптимальный вариант распределения производственных ресурсов. Другими словами, квантовые компьютеры и алгоритмы, обеспечивающие их работу, позволяют оптимизировать не только производство, но и управление им. Руководители предприятий с помощью таких электронно-вычислительны машин будут без труда находить оптимальные решения для различных производственных проблем.
4. Моделирование. Квантовые технологии в IT-сфере позволяют создавать модели не только физических объектов, но и химических реакций. Это позволяет оптимизировать и прогнозировать работу химических и физических систем окружающего мира на квантовом уровне. Такой подход к изучению действительности позволит исследователям в мельчайших деталях описать сложные природные процессы и научиться с минимальными ресурсными и временными потерями управлять ими, минимизируя производственные риски. Квантовые технологии позволяют предугадать развитие событий, качественно устанавливать причинно-следственные связи и планировать деятельность по достижению глобальной цели с учетом промежуточного результата.
5. Сфера искусственного интеллекта. Квантовые компьютеры успешно обрабатывают огромные информационные массивы за сравнительно небольшие промежутки времени. Именно поэтому эксперты планируют использовать их функционал для совершенствования работы нейросетей и искусственного интеллекта. К примеру в геномике постоянно нужно обрабатывать большие объемы информации, а программное обеспечение традиционных моделей компьютеров уже устарело и не справляется с такими задачами.
6. Организация удаленной работы и управления приборами и аппаратами. Функционал современных компьютеров, работающих на принципах квантовой механики, позволяет создавать обучаемые программы для роботов. Сфера робототехники сегодня интенсивно развивается, а применение в ней квантовых электронно-вычислительных систем позволит полностью автоматизировать работу многих приборов и аппаратов на производстве. К примеру, квантовый компьютер, используя алгоритм Гровера, может в короткие сроки научить машину выполнять цепочку действий по заданной схеме и самостоятельно выбирать одну из нескольких альтернатив с опорой на имеющиеся сведения об актуальном состоянии предмета или явления и их желаемых трансформациях.

Таким образом, становится очевидным, что развитие науки в целом и сферы информационных технологий в частности в России зависит от детального изучения потенциальных возможностей квантовых компьютеров. Ученым предстоит в лабораторных условиях тестировать работу электронно-вычислительных машин нового поколения с целью оперативного обнаружения и устранения проблем в их работе. Важно разработать систему методов контроля рисков и сведения к минимуму погрешностей при обработке больших информационных массивов. Перспективны внедрения в реальную жизнь компьютеров квантового типа не ограничиваются только сферой криптографии и информационной безопасности. Уже сейчас эксперты говорят о том, что такие машины способны решить многие проблемы в медицине, фармации, образовании, химической промышленности, машиностроении, электронике. Изучение принципов работы квантовых компьютеров открывают новые возможности для использования искусственного интеллекта и компьютерного моделирования.

Но на данном этапе изучения алгоритмов работы квантовых компьютеров эксперты обнаружили ряд технических проблем, которые осложняют внедрение машин такого типа в разные сферы экономики. Для решения этих проблем программистам и специалистам смежных профессий нужно объединить усилия, так как квантовые технологии в ближайшем будущем могут стать основным инструментом научно-технического и производственного прогресса. Использование базовых положений квантовой механики при разработке программного обеспечения для компьютеров нового поколения решает множество проблем в тех областях практической профессиональной деятельности человека, которые сопряжены с обработкой больших информационных массивов и выполнением сложных математических действий в условиях дефицита времени.