Sisällä Quantum Technology

Sisällä Quantum Technology

Aikaleima: 12. toukokuuta 2023 klo 8
Lähdesolmu: 2646363
Biolaskentalla ja kvanttilaskentalla on paljon enemmän yhteistä kuin voisi luulla, voisivatko ne lopulta liittyä toisiinsa?
By Kenna Hughes-Castleberry Lähetetty 12

Biolaskenta ja kvanttilaskenta ovat kaksi huipputeknologiaa, jotka voivat mullistaa tavan käsitellä tietoa ja ratkaista monimutkaisia ​​ongelmia. Vaikka nämä laskenta-alat perustuvat pohjimmiltaan erilaisiin periaatteisiin, niillä pyritään saavuttamaan ennennäkemätön laskentateho ja nopeus. Jotta ymmärtäisit, miten kukin näistä teknologioista toivoo muuttuvan tulevaisuudessa, on tärkeää ymmärtää kunkin tekniikan perusteet.

Mitä on biolaskenta?

Biolaskenta, DNA-laskenta tai molekyylilaskenta, käyttää biologisia molekyylejä, kuten DNA:ta, RNA:ta ja proteiineja laskelmien suorittamiseen. Biolaskennan perusideana on käyttää biologisten järjestelmien luontaista rinnakkaisuutta ja tiedon tallennuskapasiteettia monimutkaisten suorituksiin laskelmat. Esimerkiksi DNA-laskenta käyttää DNA-molekyylien kykyä tallentaa ja käsitellä tietoa laskelmien suorittamiseksi. Tämä tehdään koodaamalla tietoa DNA-molekyylejä muodostavien nukleotidien sekvenssissä ja käyttämällä sitten entsyymejä ja muita biologisia molekyylejä DNA:n manipuloimiseen ja käsittelyyn.

Yksi biolaskennan kriittisistä eduista on, että sillä on potentiaalia suorittaa massiivisesti rinnakkaisia ​​laskelmia suhteellisen yksinkertaisilla laitteilla. Tämä tekee biolaskennasta lupaavan teknologian bioinformatiikkaan, lääkekehitykseen ja tiedontallennussovelluksiin.

Muut biolaskentatyypit luottavat neurotieteeseen aivojen hermosoluihin perustuvien laskentaverkkojen luomiseksi. Äskettäin tutkijat klo John Hopkinsin yliopisto ovat ottaneet tämän askeleen pidemmälle luomalla "organoidisia" ihmisaivoja, joita voitaisiin käyttää uutena tietokonemallina. "Kutsumme tätä uutta tieteidenvälistä alaa "organoidiälyksi" (OI), sanoi professori Thomas Hartung Johns Hopkinsin yliopistosta äskettäin. lehdistötiedote. "Yhteisö huippututkijoita on kokoontunut kehittämään tätä teknologiaa, jonka uskomme käynnistävän uuden aikakauden nopeassa, tehokkaassa ja tehokkaassa biolaskennassa." On selvää, että tutkimusta on vielä paljon tehtävänä ja monia eettisiä kysymyksiä on vastattava, mutta asiantuntijat ennustavat, että nämä markkinat ovat arvokkaita $ 8.3 miljardia by 2028.

Mikä on Quantum Computing?

Kvanttilaskenta on eräänlainen laskenta, joka käyttää kvanttimekaanisia ilmiöitä, kuten superpositiota ja kietoutumista, laskelmien suorittamiseen. Toisin kuin klassinen tietojenkäsittely, joka perustuu binääribitteihin, jotka voivat olla joko 0 tai 1, kvanttilaskenta käyttää kvanttibittejä tai kubitteja, jotka voivat olla päällekkäisyys sekä 0 että 1 samanaikaisesti. Tämän ansiosta kvanttitietokoneet voivat suorittaa tiettyjä laskelmia paljon nopeammin kuin perinteiset tietokoneet.

Yksi kvanttilaskennan kriittisistä eduista on, että se pystyy suorittamaan tietyntyyppisiä laskelmia, jotka ovat vaikeasti selvitettäviä klassisille tietokoneille. Esimerkiksi kvanttitietokoneiden on osoitettu pystyvän ratkaisemaan tietyntyyppisiä optimointi ongelmat paljon nopeammin kuin perinteiset tietokoneet. Kvanttilaskentateollisuus on jo levinnyt maailmanlaajuisesti, kun yritykset, tutkijat, hallitukset ja muut organisaatiot ovat sukeltamassa syvälle tähän seuraavan sukupolven teknologiaan.

Biolaskentaa ja kvanttilaskentaa vertaamalla

Vaikka biolaskenta ja kvanttilaskenta perustuvat pohjimmiltaan erilaisiin periaatteisiin, näiden kahden laskenta-alan välillä on joitain yhtäläisyyksiä. Esimerkiksi biolaskenta ja kvanttilaskenta perustuvat rinnakkaisuuteen ja tiedon tallennusperiaatteisiin. Biolaskennassa rinnakkaisuus saavutetaan käyttämällä useita biologisia molekyylejä, jotka suorittavat laskelmia samanaikaisesti. Kvanttilaskennassa rinnakkaisuus saavutetaan kubiteilla, jotka voivat olla tilojen superpositiossa.

Toinen samankaltaisuus biolaskennan ja kvanttilaskennan välillä on se, että molemmilla näillä laskentakentillä on potentiaalia suorittaa tietyntyyppisiä laskelmia paljon nopeammin kuin klassisella laskennalla. Laskentatyypit, jotka voidaan suorittaa nopeammin biolaskennan ja kvanttilaskennan avulla, ovat kuitenkin erilaisia. Biolaskenta soveltuu erityisen hyvin ongelmiin, joihin liittyy suuria tietomääriä, kuten DNA sekvensointi tai proteiinin laskostaminen. Toisaalta kvanttilaskenta soveltuu erityisen hyvin optimointi- tai simulointiongelmiin.

Lopuksi, biolaskenta ja kvanttilaskenta ovat vielä kehitysvaiheessa, ja niillä on voitettava monia teknisiä haasteita, ennen kuin ne voidaan ottaa laajalti käyttöön. Esimerkiksi biolaskenta kohtaa virheiden korjaus-, skaalaus- ja luotettavuushaasteita. Kvanttilaskenta kohtaa haasteita, jotka liittyvät virheiden korjaamiseen, epäkoherenssiin ja skaalautumiseen.

Biolaskenta ja kvanttilaskenta ovat kaksi jännittävää laskennan alaa, jotka voivat mullistaa tavan käsitellä tietoa ja ratkaista monimutkaisia ​​ongelmia. Vaikka biolaskenta ja kvanttilaskenta perustuvat pohjimmiltaan erilaisiin periaatteisiin, niillä on yhtäläisyyksiä tavoitteissaan ja mahdollisissa sovelluksissaan. Kun jokainen toimiala kehittyy seuraavan vuosikymmenen aikana, näiden kahden toimialan välillä on runsaasti mahdollisuuksia ristiinkeskusteluun ja mahdollisiin kumppanuuksiin ja yhteistyötä kehittää vankkaa, uusinta teknologiaa.

Kenna Hughes-Castleberry on Inside Quantum Technologyn ja JILAn Science Communicatorin (kumppanuus Colorado Boulderin yliopiston ja NISTin välillä) kirjoittaja. Hänen kirjoitusalansa ovat syvätekniikka, kvanttilaskenta ja tekoäly. Hänen töitään on esitelty Scientific Americanissa, Discover Magazinessa, Ars Technicassa ja muissa.

Aikaleima:

Lisää aiheesta Sisällä Quantum Technology