Классические и квантовые компьютеры имеют много различий в своих вычислительных возможностях и рабочих характеристиках. Знайте их различия, чтобы помочь подготовить центры обработки данных.
По мере того как новые технологии развиваются и набирают обороты, общественность склонна делиться на две группы: те, кто верит, что они окажут влияние и будут расти, и те, кто так не считает. Первое, как правило, верно, поэтому крайне важно понять, чем будущие технологии отличаются от существующего положения, чтобы подготовиться к их массовому внедрению.
Классические вычисления были нормой на протяжении десятилетий, но в последние годы квантовые вычисления продолжают стремительно развиваться. Эта технология все еще находится на ранних стадиях , но уже существует и имеет много других потенциальных применений в AI/ML , кибербезопасности, моделировании и других приложениях.
До широкого внедрения квантовых вычислений могут пройти годы. Однако изучите различия между классическими и квантовыми вычислениями, чтобы получить представление о том, получит ли технология более широкое распространение.
Различия между классическими вычислениями и квантовыми вычислениями
Квантовые компьютеры обычно должны работать в более регулируемых физических условиях, чем классические компьютеры, из-за квантовой механики. Классические компьютеры имеют меньшую вычислительную мощность, чем квантовые компьютеры, и не могут так же легко масштабироваться. Они также используют разные единицы измерения данных — классические компьютеры используют биты, а квантовые — кубиты.
Единицы данных: биты и байты против кубитов
В классических компьютерах данные обрабатываются двоичным способом.
Классические компьютеры используют биты — восемь единиц битов называются одним байтом — в качестве основной единицы данных. Классические компьютеры записывают код в двоичном виде как 1 или 0. Проще говоря, эти 1 и 0 обозначают состояние «включено» или «выключено» соответственно. Они также могут указывать, например, на истину или ложь, да или нет.
Это также известно как последовательная обработка, которая по своей природе является последовательной, то есть одна операция должна завершиться до того, как последует другая. Многие вычислительные системы используют параллельную обработку, расширение классической обработки, которая может выполнять одновременные вычислительные задачи. Классические компьютеры также возвращают один результат, потому что биты 1 и 0 повторяются из-за их двоичной природы.
Однако квантовые вычисления следуют другому набору правил. Квантовые компьютеры используют кубиты в качестве единицы данных. Кубиты, в отличие от битов, могут иметь значение 1 или 0, но также могут быть 1 и 0 одновременно, находясь в нескольких состояниях одновременно. Это известно как суперпозиция , когда свойства не определены, пока они не измерены.
Согласно IBM, «группы кубитов в суперпозиции могут создавать сложные многомерные вычислительные пространства», что позволяет выполнять более сложные вычисления. Когда кубиты запутываются, изменения в одном кубите напрямую влияют на другой, что значительно ускоряет передачу информации между кубитами.
В классических компьютерах алгоритмы требуют много параллельных вычислений для решения задач. Квантовые компьютеры могут учитывать несколько результатов при анализе данных с большим набором ограничений. Выходы имеют связанную вероятность, и квантовые компьютеры могут выполнять более сложные вычислительные задачи, чем классические компьютеры.
Мощность классических и квантовых компьютеров
Большинство классических компьютеров работают на основе булевой логики и алгебры, а мощность увеличивается линейно с количеством транзисторов в системе — единиц и нулей. Прямая зависимость означает, что в классическом компьютере мощность увеличивается 1:1 в тандеме с транзисторами в системе.
Поскольку кубиты квантовых компьютеров могут одновременно представлять 1 и 0, мощность квантового компьютера увеличивается экспоненциально по отношению к количеству кубитов. Из-за суперпозиции количество вычислений, которые может выполнить квантовый компьютер, равно 2 N , где N — количество кубитов.
Операционная среда
Классические компьютеры хорошо подходят для повседневного использования и нормальных условий. Рассмотрим что-то столь же простое, как стандартный ноутбук. Большинство людей могут достать компьютер из портфеля и использовать его в кафе с кондиционером или на крыльце в солнечный летний день. В этих средах производительность не пострадает при обычном использовании, таком как просмотр веб-страниц и отправка электронных писем в короткие промежутки времени.
Однако некоторые квантовые компьютеры должны находиться в строго регулируемых и строгих физических средах. Некоторых нужно поддерживать при абсолютном нуле, что составляет около -273,15 градусов по Цельсию или -459,67 по Фаренгейту, хотя недавно Quantum Brilliance разработала первый компьютер с комнатной температурой.
Причина холодных рабочих сред заключается в том, что кубиты чрезвычайно чувствительны к механическим и тепловым воздействиям. Возмущения могут привести к тому, что атомы потеряют свою квантовую когерентность — по сути, способность кубита представлять как 1, так и 0 — что может привести к ошибкам в вычислениях.
Почему руководители центров обработки данных должны обратить внимание на квантовые вычисления
Как и большинство технологий, квантовые вычисления создают возможности и риски. Хотя может пройти некоторое время, прежде чем квантовые компьютеры действительно взлетят, начните разговаривать с руководством и разрабатывать планы для квантовых вычислений.
Организациям, которые не планируют внедрять квантовые вычисления в свой бизнес, все равно необходимо подготовиться к внешним угрозам, которые могут возникнуть с квантовыми вычислениями. Во-первых, квантовые компьютеры потенциально могут взломать даже самые мощные и продвинутые меры безопасности. Например , достаточно мотивированный хакер теоретически может использовать квантовые вычисления для быстрого взлома криптографических ключей, обычно используемых в шифровании, если он сообразителен.
Кроме того, организации, которые рассматривают квантовые компьютеры для своих центров обработки данных или определенных приложений, должны будут подготовить помещения. Как и любому другому элементу инфраструктуры, квантовым компьютерам для работы требуется пространство, электроснабжение и ресурсы. Начните изучать варианты, доступные для их размещения. Посмотрите на бюджет, пространство, оборудование и персонал, чтобы начать планирование.
