Wat is een qubit?
Qubits zijn de fundamentele bouwstenen van quantumcomputing, die de quantumversie van klassieke bits voorstellen. In tegenstelling tot klassieke bits, die het getal 0 of het getal 1 kunnen zijn, kunnen qubits gelijktijdig bestaan in een toestand van 0, 1 of beide, dankzij superpositie en verstrengelingsprincipes.
Met deze unieke eigenschap kunnen quantumcomputers complexe berekeningen efficiënter uitvoeren dan hun klassieke tegenhangers. In het volgende artikel wordt dieper ingegaan op qubits en quantumcomputing en wordt onderzocht hoe deze werken, hun toepassingen en de mogelijke impact ervan op verschillende gebieden.
Wat is quantumcomputing?
Gewone computers maken gebruik van bits, kleine schakelopties die een één of een 0 kunnen zijn. Quantumcomputers hebben een andere aanpak. Ze gebruiken qubits, die de bizarre wereld van de quantummechanica beheersen. In tegenstelling tot bits kunnen qubits bestaan in een toestand die superpositie wordt genoemd, waarbij qubits zowel 1 als 0 tegelijk zijn. Hierdoor kunnen ze veel mogelijkheden tegelijkertijd verkennen, zoals elke combinatie in een doolhof uitproberen.
Deze "supermacht" laat quantumcomputers toe uit te blinken in specifieke problemen die een onpraktische hoeveelheid tijd in beslag zouden nemen om gewone computers op te lossen. Stel je voor dat je de beste route zoekt door een grote, complexe stad. Een gewone computer zou elke weg één voor één moeten controleren.
Een quantumcomputer met behulp van superpositie, zoals gebouwd door IBM, kon elke route tegelijkertijd verkennen en het optimale pad veel sneller vinden. Dit opent deuren voor taken als het kraken van complexe codes, het simuleren van moleculen voor nieuwe materialen en het optimaliseren van de logistiek op grote schaal.
Deze technologie is echter nog jong. Het bouwen en besturen van deze qubits is een enorme uitdaging en quantumcomputers zijn nog lang niet in staat om onze alledaagse computers te vervangen.
Voordelen van quantumcomputing
Op gewone of klassieke computers wordt informatie verwerkt met bits, 0 of 1. Quantumcomputers maken daarentegen gebruik van de vreemdheid van quantumtoestanden om qubits te gebruiken. Qubits kan een 0, een 1, of beide tegelijkertijd zijn, dankzij een eigenschap genaamd superposition. Deze mogelijkheid biedt verschillende voordelen ten opzichte van klassieke computers:
Probleemoplossing met overbelasting
Een enkel quantumbit kan door superpositie veel mogelijkheden tegelijkertijd verkennen. Hierdoor kunnen quantumcomputers specifieke problemen exponentieel sneller aanpakken dan klassieke computers, vooral die waarbij complexe simulaties of enorme datasets betrokken zijn.
Materialen
Klassieke computers zijn notoir lastig in het simuleren van het gedrag van moleculen en materialen. Quantumcomputers kunnen echter uitblinken in deze taak, waardoor de weg wordt geëffend voor doorbraken in materiaalkunde, drugsonderzoek en nog veel meer.
Code cracking en code creatie
Quantumcomputers bedreigen de huidige encryptiemethoden, die ervan uitgaan dat het moeilijk is om grote getallen in factoren om te zetten. Ze kunnen echter ook worden gebruikt om nieuwe, onbreekbare vormen van cryptografie te ontwikkelen.
Optimalisatie
Quantumcomputing kan optimalisatieproblemen, zoals logistiek en planning, revolutionair veranderen. Dit kan belangrijke verbeteringen opleveren op gebieden als verkeersstromen, leveringsroutes en financiële modellering.
Het is belangrijk om te onthouden dat quantumcomputing zich nog in de vroege stadia bevindt. Het bouwen en onderhouden van deze machines is complex en is slechts gedeeltelijk ontworpen om klassieke computers te vervangen. In plaats daarvan zullen ze waarschijnlijk worden gebruikt voor specifieke taken die buiten het bereik van traditionele computers liggen.
Toepassingen van quantumcomputing
Een cruciale toepassing van quantumcomputers is het ontdekken van medicijnen. Op dit moment is het ontdekken van medicijnen een traag en duur proces. Het simuleren van moleculen met klassieke computers is ongelooflijk complex.
Quantumcomputers zoals de resources van IBM zouden echter in deze taak kunnen uitblinken. Hun vermogen om superpositie te hanteren stelt hen in staat om het gedrag van moleculen en chemische reacties met veel grotere precisie te analyseren. Dit zou kunnen leiden tot een snellere ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen, gepersonaliseerde geneesmiddelen en effectievere behandelingen voor kanker en Alzheimer.
Er wordt ook verwacht dat quantumcomputers zullen beginnen met het ontgrendelen van nieuwe materialen. Stel je voor dat je materialen ontwerpt met eigenschappen die je nog nooit gezien hebt. Quantumcomputers zouden deuren naar deze mogelijkheid kunnen openen. Door materialen op atomair niveau te simuleren, kunnen wetenschappers eigenschappen als geleidbaarheid, sterkte of gewicht op maat maken. Dit zou kunnen leiden tot doorbraken op gebieden als:
- Supergeleiders: Het ontwikkelen van materialen die elektriciteit geleiden met nul weerstand, die energienetten revolutionair veranderen en een zeer efficiënte energietransmissie mogelijk maken.
- Batterijen: Het ontwerpen van batterijen met aanzienlijk hogere capaciteit en snellere laadtijden voor elektrische voertuigen en draagbare elektronica.
- Lichtgewicht en supersterke materialen: Materialen maken met ongekende sterkte-gewichtsverhoudingen voor gebruik in de lucht- en ruimtevaart, de bouw en het transport.
Over het algemeen zal quantumcomputing veel doen om complexe systemen te optimaliseren. Onze wereld vertrouwt op complexe systemen zoals verkeersnetwerken, financiële markten en logistieke ketens. Quantumcomputers zouden de werking van deze systemen aanzienlijk kunnen verbeteren. Hun vermogen om optimalisatieproblemen efficiënt op te lossen, maakt het mogelijk om:
- Meer innovatieve logistiek: Het optimaliseren van de leveringsroutes van het bedrijf, het verminderen van transportkosten en emissies. Stel je voor dat je de meest efficiënte route vindt voor elke vrachtwagen in een bezorgvloot, rekening houdend met factoren als verkeer, weer en realtime updates.
- Verbeterd financieel model: Quantumalgoritmen kunnen grote hoeveelheden economische gegevens analyseren, wat leidt tot nauwkeurigere risicobeoordelingen en betere beleggingsstrategieën.
- Optimalisatie van resourcetoewijzing: Van het beheren van energienetten tot het distribueren van watervoorraden, quantumcomputers kunnen de meest efficiënte manier vinden om resources toe te wijzen op basis van realtime gegevens en complexe berekeningen.
Quantumcomputing voor AI
Er is een goede kans dat quantumcomputing artificiële intelligentie (AI) opnieuw kan uitvinden. Machine learning, een kerntechnologie van AI, vertrouwt op de verwerking van enorme datasets. Quantumcomputers zouden dit proces aanzienlijk kunnen versnellen. Door krachtigere quantumalgoritmen te ontwikkelen, kunnen we het potentieel ontsluiten voor:
Snelle training van AI-modellen:
Het trainen van complexe AI-oplossingen kost momenteel veel tijd en rekenkracht. Quantumcomputers zullen het proces van het trainen van een AI-algoritme dramatisch beginnen te versnellen, wat zal leiden tot krachtigere en geavanceerdere AI-toepassingen.
Geavanceerde natuurlijke taalverwerking:
Quantumcomputing zou kunnen leiden tot doorbraken in een subveld van AI dat Natural Language Processing wordt genoemd, waardoor computers menselijke taal nauwkeuriger kunnen begrijpen en verwerken. Stel u machines voor die talen naadloos kunnen vertalen of die verschillende creatieve tekstindelingen kunnen schrijven, zoals gedichten of scripts die een vrijwel menselijke vlotheid bezitten.
Huidige versleutelingsstandaarden onderbreken:
Hoewel dit misschien eng klinkt, is het ook een kans. De encryptiestandaarden die onze online data vandaag de dag beschermen, zijn gebaseerd op complexe wiskundige problemen die moeilijk te kraken zijn op klassieke computers. Quantumcomputers zouden deze codes kunnen breken, wat de ontwikkeling van nieuwe postquantumcryptografienormen noodzakelijk maakt om de toekomstige beveiliging van onze gegevens te garanderen.
Het is ook interessant om te betogen dat quantumcomputers de quantumwereld goed zouden kunnen simuleren. Het universum werkt op quantumprincipes. Het simuleren van deze fenomenen is een uitdaging voor klassieke computers. Quantumcomputers, die op dezelfde principes zijn gebouwd, kunnen veel nauwkeuriger quantumsystemen modelleren.
Dit opent de deur naar vooruitgang in het simuleren van complexe materialen op atomair niveau, waardoor wetenschappers kunnen begrijpen hoe hun eigenschappen voortkomen uit de onderliggende quantuminteracties.
Quantumalgoritmen kunnen ons helpen de mysteries van het universum, zoals donkere materie en donkere energie, te onderzoeken door complexe fysische fenomenen te simuleren. Sommige wetenschappelijke problemen hebben te maken met complexe berekeningen die klassieke computers niet aankunnen. Quantumcomputing biedt een pad voorwaarts voor klimaatmodellering en nauwkeurigere klimaatmodellen kunnen worden ontwikkeld door de complexe interacties tussen de atmosfeer, de oceanen en het land met veel hogere betrouwbaarheid te simuleren.
Door hun extreme omgevingen te simuleren, kunnen Quantumcomputers ons helpen fenomenen als zwarte gaten en neutronensterren te begrijpen.
Qubit in quantumcomputing
Zonder qubits en hun unieke eigenschappen zouden quantumcomputers, inclusief die van IBM, niet de verbluffende berekeningen kunnen uitvoeren waarvoor ze zijn ontworpen. Deze fundamentele bouwstenen ontsluiten een nieuw niveau van parallelle verwerking en het delen van informatie, waardoor ze het belangrijkste ingrediënt zijn voor het revolutionaire potentieel van quantumcomputing.
Gewone computers verwerken informatie bitsgewijs, zoals het volgen van een enkel pad door een doolhof. Qubits kunnen echter 0, 1 of beide tegelijk zijn (superpositie), dus ze doen alsof ze elk pad in het doolhof tegelijkertijd verkennen. Hierdoor kunnen ze problemen aanpakken die veel sneller kunnen worden aangepakt. Stel je voor dat je elke combinatie op een combinatieslot tegelijk controleert — dat is de kracht van superpositie in actie.
Qubits kunnen verstrengeld raken, wat betekent dat hun lot met elkaar verbonden is. Een verandering in het ene qubit beïnvloedt direct het andere, zelfs als ze ver van elkaar verwijderd zijn. Deze spookachtige verbinding laat hen samenwerken aan berekeningen, waardoor de rekenkracht exponentieel toeneemt. Stel je meerdere superkrachtige rekenmachines voor die naadloos samenwerken en informatie delen - dat is de essentie van verstrengeling in quantumcomputing.
Wat is het verschil tussen gewone en quantumcomputers?
Het verschil tussen standaard en quantumcomputing is als het vergelijken van een zaklamp met een laseraanwijzer. In de standaard computing wordt informatie verwerkt met bits, de basisbouwstenen die functioneren als kleine lichtschakelaars met de status aan (1) of uit (0), wat een bit creëert. Hierdoor kunnen we snel dagelijkse taken uitvoeren, zoals surfen op internet of werken met documenten. Deze computers volgen echter een lineair pad; ze pakken problemen stap voor stap aan.
Quantumcomputing doorbreekt deze toestand. In plaats van bits maakt het gebruik van qubits, die gelijktijdig kunnen bestaan in gedachtebuigende toestanden van 0 en 1, een fenomeen dat superpositie wordt genoemd. Stel je voor dat je zaklamp in meerdere richtingen tegelijk kan schijnen - dat is de kracht van een qubit.
Bovendien kunnen quantumcomputers gebruik maken van een concept dat bekend staat als verstrengeling, waarbij de staat van een qubit op mysterieuze wijze aan een andere qubit is gekoppeld. Dit maakt berekeningen mogelijk waardoor gewone computers in het stof blijven.
Hierdoor zijn quantumcomputers niet bedoeld om de krachtige mogelijkheden van uw laptop te vervangen. Het zijn gespecialiseerde tools die ontworpen zijn om specifieke gebieden revolutionair te veranderen. Stel je voor dat je probeert een complex molecuul te simuleren waar talloze atomen op onvoorspelbare manieren met elkaar interageren — dit zijn problemen waar klassieke computers mee worstelen.
Quantumcomputers kunnen, door de quantumnatuur van de materie na te bootsen, ongekende inzichten ontsluiten in materiaalontwerp en medicijnontdekking. AI-trainingsoplossingen, cryptografie en optimalisatie van enorme datasets zijn allemaal domeinen waar quantumcomputing het spel volledig zou kunnen veranderen. Een typische computer zal nog steeds vrolijk meedraaien, al je gewone taken uitvoeren.
OVHcloud en qubit
Start uw laptops binnen enkele seconden.
Geef uw projecten en modellen een vliegende start met notitieblokken.
Bent u een datawetenschapper of -ontwikkelaar die een laptop in minder dan 15 minuten wil lanceren? Gebruik onze oplossing voor AI-laptops om snel toegang te krijgen tot Jupyter- of VS-code en start uw laptops meteen met de resources die u nodig hebt. U krijgt ook veilige gebruikerstoegang, vereenvoudigd gebruik van uw gegevens en de populairste frameworks voor artificiële intelligentie (TensorFlow, PyTorch, Hugging Face en Scikit-learn) en quantumemulators (Quandela Perceval, Eviden's MyQLM, C12's Callisto en Alice&Bob's Felis) om uw bedrijf te ontwikkelen.
Snelle en eenvoudige training voor AI-modellen
Start uw AI-trainingstaken in de cloud zonder u zorgen te hoeven maken over hoe de infrastructuur werkt. Met AI Training kunnen datascientists zich op hun kernactiviteiten concentreren, zonder zich zorgen te hoeven maken over het orkestreren van computing-resources.
Deze oplossing is gebouwd op het open-source Kubernetes-platform en stelt u in staat om uw modellen gemakkelijk te trainen — in slechts een paar klikken of op de commandoregel. Bespaar tijd, verhoog de productiviteit van uw team en behoud de integriteit van uw gevoelige gegevens.
