Kvanttehnoloogia sees

Kvanttehnoloogia sees

Ajatempel: 12. mai 2023 kell 8:44
Allikasõlm: 2646363
Bioarvutitel ja kvantarvutitel on palju rohkem ühist, kui võiks arvata, kas need võiksid lõpuks ühendada?
By Kenna Hughes-Castleberry postitatud 12. mail 2023

Bioarvutus ja kvantarvutus on kaks tipptehnoloogiat, mis võivad muuta teabe töötlemise ja keeruliste probleemide lahendamise viisi. Kuigi need arvutusvaldkonnad põhinevad põhimõtteliselt erinevatel põhimõtetel, on nende eesmärk saavutada enneolematu arvutusvõimsus ja -kiirus. Et mõista, kuidas kõik need tehnoloogiad tulevikus muutuvad, on oluline mõista igaühe põhitõdesid.

Mis on bioarvuti?

Bioarvutus ehk DNA-arvutus või molekulaararvutus kasutab arvutuste tegemiseks bioloogilisi molekule, nagu DNA, RNA ja valgud. Bioarvutite põhiidee on kasutada bioloogiliste süsteemide loomupärast paralleelsust ja teabesalvestusvõimet keerukate teostamiseks arvutused. Näiteks DNA andmetöötlus kasutab arvutuste tegemiseks DNA molekulide võimet informatsiooni salvestada ja sellega manipuleerida. Selleks kodeeritakse teave DNA molekule moodustavate nukleotiidide järjestuses ning seejärel kasutatakse DNA manipuleerimiseks ja töötlemiseks ensüüme ja muid bioloogilisi molekule.

Üks bioarvutite kriitilisi eeliseid on see, et sellel on potentsiaal teha suhteliselt lihtsaid seadmeid kasutades massiliselt paralleelseid arvutusi. See teeb bioarvutitest paljulubava tehnoloogia bioinformaatika, ravimite avastamise ja andmesalvestusrakenduste jaoks.

Muud tüüpi bioarvutid toetuvad neuroteadustele, et luua aju neuronitel põhinevaid arvutusvõrke. Hiljuti uurisid teadlased aadressil John Hopkinsi ülikool on astunud seda sammu edasi, luues organoidsed inimajud, mida saaks kasutada uue arvutimudelina. "Me nimetame seda uut interdistsiplinaarset valdkonda organoidintellektiks (OI), " ütles Johns Hopkinsi ülikooli professor Thomas Hartung hiljutises ajakirjas. Pressiteade. "Selle tehnoloogia väljatöötamiseks on kogunenud tippteadlaste kogukond, mis meie arvates käivitab kiire, võimsa ja tõhusa bioarvutite uue ajastu." Ilmselgelt tuleb teha palju rohkem uuringuid ja vastata paljudele eetilistele küsimustele, kuid eksperdid ennustavad, et see turg on seda väärt $ 8.3 miljardit poolt 2028.

Mis on kvantarvutus?

Kvantarvutus on andmetöötlusviis, mis kasutab arvutuste tegemiseks kvantmehaanilisi nähtusi, nagu superpositsioon ja põimumine. Erinevalt klassikalisest andmetöötlusest, mis põhineb kahendbittidel, mis võivad olla kas 0 või 1, kasutab kvantarvutus kvantbitte või kubitte, mis võivad olla kihilisus korraga nii 0 kui 1. See võimaldab kvantarvutitel teha spetsiifilisi arvutusi palju kiiremini kui klassikalised arvutid.

Kvantarvutite üks olulisi eeliseid on see, et see suudab teha teatud tüüpi arvutusi, mis on klassikaliste arvutite jaoks raskesti lahendatavad. Näiteks on näidatud, et kvantarvutid suudavad lahendada teatud tüüpi probleeme optimeerimine probleeme palju kiiremini kui klassikalised arvutid. Kvantarvutitööstus on kogu maailmas juba hüppeliselt kasvanud, kuna ettevõtted, akadeemikud, valitsused ja muud organisatsioonid sukelduvad sügavale sellesse järgmise põlvkonna tehnoloogiasse.

Bioarvutite ja kvantarvutuste võrdlemine

Kuigi bioarvuti ja kvantarvutus põhinevad põhimõtteliselt erinevatel põhimõtetel, on nende kahe andmetöötlusvaldkonna vahel mõningaid sarnasusi. Näiteks bioarvutus ja kvantarvutus põhinevad paralleelsuse ja teabe salvestamise põhimõtetel. Bioarvutuses saavutatakse paralleelsus, kasutades paljusid üheaegselt arvutusi sooritavaid bioloogilisi molekule. Kvantarvutuses saavutatakse paralleelsus kubitide kaudu, mis võivad olla olekute superpositsioonis.

Teine sarnasus bioarvutite ja kvantarvutuste vahel on see, et mõlemal arvutusväljal on potentsiaal sooritada teatud tüüpi arvutusi palju kiiremini kui klassikalisel andmetöötlusel. Arvutuste tüübid, mida saab bioarvutite ja kvantarvutustega kiiremini sooritada, on aga erinevad. Bioarvutus sobib eriti hästi suurte andmemahtudega seotud probleemide lahendamiseks, nt DNA sekveneerimine või valgu voltimine. Teisest küljest sobib kvantarvutus eriti hästi optimeerimis- või simulatsiooniprobleemide lahendamiseks.

Lõpuks on bioarvuti ja kvantarvutus alles arengu algstaadiumis ja neil on enne laialdast kasutuselevõttu lahendada palju tehnilisi väljakutseid. Näiteks seisavad bioarvutid silmitsi vigade parandamise, skaleerimise ja töökindluse probleemidega. Kvantarvutus seisab silmitsi probleemidega, mis on seotud vigade parandamise, dekoherentsuse ja skaleeritavusega.

Bio- ja kvantarvuti on kaks põnevat andmetöötluse valdkonda, mis võivad muuta teabe töötlemise ja keeruliste probleemide lahendamise viisi. Kuigi bio- ja kvantarvuti põhinevad põhimõtteliselt erinevatel põhimõtetel, on neil eesmärkide ja võimalike rakenduste osas sarnasusi. Kuna iga tööstusharu areneb järgmisel kümnendil, on nende kahe tööstusharu vahel palju võimalusi läbirääkimisteks ja võimalikeks partnerlusteks ja koostöö arendada tugevat ja tipptasemel tehnoloogiat.

Kenna Hughes-Castleberry on Inside Quantum Technology ja JILA teaduskommunikaatori (Colorado Boulderi ülikooli ja NIST-i vaheline partnerlus) kirjanik. Tema kirjutamissageduste hulka kuuluvad süvatehnoloogia, kvantarvutus ja tehisintellekt. Tema tööd on kajastatud ajakirjades Scientific American, Discover Magazine, Ars Technica ja mujal.

Ajatempel:

Veel alates Kvanttehnoloogia sees