Что такое квантовый компьютер
Концепция квантовых компьютеров зародилась в 1970-х годах, когда квантовые физики начали экспериментировать с атомными свойствами атомов и ядер. Они обнаружили, что при объединении в виде квантовых битов атомы и ядра могут имитировать память и процессор компьютера. Будучи изолированными от внешней среды, эти квантовые биты могут взаимодействовать друг с другом и выполнять определенные вычисления намного быстрее, чем обычные компьютеры.
Квантовая вычислительная наука
Квантовые биты, или кубиты, не используют традиционные двоичные вычисления. То есть компьютеры кодируют информацию в биты, используя двоичные числа «ноль» или «единица», поэтому они могут выполнять вычисления только с одним набором чисел в любой момент времени. Современные микропроцессоры, такие как те, что используются в ноутбуках и смартфонах, все еще могут чрезвычайно быстро кодировать двоичные биты, но квантовые компьютеры могут кодировать информацию экспоненциально быстрее. Это связано с тем, что они используют расширенный ряд квантово-механических состояний, таких как ориентация поляризации фотонов и направления вращения электронов, для представления двух двоичных чисел.
В результате квантовые биты могут одновременно накладывать множество числовых комбинаций. Квантовые компьютеры могут не только выполнять обратимые классические вычисления одновременно со всеми числами, они могут создавать помехи между различными чередующимися числами. Короче говоря, один обрабатывающий квантовый компьютер может выполнять бесконечные операции параллельно. Имейте в виду, что квантовые вычисления плохо подходят для обычных задач, таких как электронная почта и обработка текстов, но они идеально подходят для сложных задач, таких как моделирование, криптография и индексирование больших баз данных.
Квантовая разработка программного обеспечения
Квантовая программная инженерия — это уникальная область, которая объединяет квантовые компьютеры с прототипами и проприетарными приложениями. Инженеры-программисты пишут программы, которые выполняют выборку, машинное обучение и оптимизацию систем. Они отвечают за разработку программных решений, которые применяют науку о квантовых вычислениях, и аппаратных решений для клиентских приложений. Они должны поддерживать глубокое понимание функций приложений, функциональных возможностей и рабочих процессов, чтобы добиться максимальных результатов.
Инженеры квантового программного обеспечения работают совместно с исследовательскими группами алгоритмов, чтобы использовать свой опыт в программных проектах. Они продвигают лучшие практики разработки программного обеспечения, выступают в качестве технических руководителей проектов и представляют свой прогресс на встречах по техническому обмену. Они помогают группам разработчиков алгоритмов разрабатывать программные средства, которые приносят пользу клиентам, облегчают техническую коммуникацию и создают библиотеки справочных примеров и демонстраций приложений. Ожидается, что они дадут рекомендации по процедурам, которые обеспечат более эффективную установку программного обеспечения, доступ к нему и техническое обслуживание.
Обучение квантовым вычислениям
Степени бакалавра по этому предмету встречаются редко, но существуют специализированные степени магистра в области вычислительной биологии, алгоритмов машинного обучения и квантовой разработки программного обеспечения. Большинство из этих дипломных программ предлагаются на физических или математических факультетах университетов. Например, степень магистра в области прикладной или экспериментальной физики является отличным выбором, поскольку у студентов будет возможность проводить исследовательские проекты под руководством экспертов факультета. Эти проекты могут касаться таких тем квантовых вычислений, как терагерцовые полупроводники, квантовые метаматериалы, сверхпроводящая электроника, высокотемпературная сверхпроводимость и физика экстремальных биологических условий.
Основные области изучения прикладной физики могут включать методы исследований в физике, нанонауку о сверхпроводимости и математические методы для междисциплинарных наук. Некоторые студенты могут даже выбрать изучение физики твердого тела, передовых методов определения характеристик, физики квантовых систем и основ квантовой информации. Эти дипломные программы позволят студентам накопить опыт в цикле разработки программного обеспечения, документировании и процессах управления версиями. Они получат исключительные математические, алгоритмические методы и опыт программирования на C++, Python или Matlab.
В качестве альтернативы любой, кто хочет сделать карьеру в области квантовых компьютеров, может также получить степень магистра в области инженерной физики, разработки программного обеспечения и квантовой информатики.