Квантовые и облачные вычисления: ключевые отличия

Что такое квантовые вычисления?

Квантовые вычисления являются частью квантовой механики, дисциплины, которая охватывает математическое описание свойств природы на уровне атомных и субатомных частиц, таких как электроны или фотоны.

Квантовые вычисления используют субатомные частицы, чтобы превратить компьютеры в надежные машины, способные вычислять и обрабатывать данные с головокружительной скоростью. Они достигают экстремальной скорости благодаря кубитам (квантовым битам) и их способности существовать одновременно в единичном и нулевом состояниях или любой линейной комбинации этих двух состояний. Напротив, обычные компьютерные двоичные файлы существуют только с одним («включено» или «истинно») или с нулевым («выключено» или «ложно») состоянием.

Другими словами, эта способность жить и в одном состоянии, и в нулевом состоянии одновременно позволяет квантовым компьютерам одновременно обрабатывать большие объемы данных. Это невозможно в двоичных компьютерных системах, которые могут обрабатывать только одну часть информации за раз.

Квантовые вычисления восходят к 1980-м годам, когда физики Ричард Фейнман и Юрий Манин обнаружили, что квантовая теория и алгоритмы могут применяться для вычислений с более эффективными результатами, чем их классические аналоги.

Прикладные квантовые вычисления все еще находятся в зачаточном состоянии, но они могут повлиять на многие отрасли, помогая крупным организациям быстрее и эффективнее обрабатывать большие объемы данных.

Благодаря своей способности решать очень сложные задачи, такие как сверхбыстрая обработка огромных объемов данных или предоставление лучших прогностических моделей в различных областях, квантовые компьютеры могут взламывать существующие протоколы шифрования и, таким образом, представлять угрозу для технологии блокчейн и криптовалют.

Что такое облачные вычисления?

Облачные вычисления — или «облако» — это программное обеспечение на основе приложений, которое распространяет вычислительные услуги через Интернет с использованием сторонних серверов, хранилищ, баз данных, сетей, программного обеспечения и аналитики для хранения и обработки данных.

До появления облачных вычислений предприятиям приходилось покупать и обслуживать собственные серверы с достаточным пространством для предотвращения простоев и управления пиковым трафиком. Тем не менее, много места на сервере часто оставалось неиспользованным, что приводило к пустой трате денег и ресурсов. Экосистема облачных вычислений позволяет организациям использовать более эффективное и экономичное решение, не требуя дорогостоящего оборудования, частных центров обработки данных или установки программного обеспечения, уделяя особое внимание инновациям, динамическим ресурсам и экономии за счет масштаба.

Облачные вычисления были изобретены в 1960-х годах и получили распространение в 2020-х годах, поскольку для решения проблем удаленной работы организаций, возникших во время пандемии, требовалась более мощная вычислительная система.

Благодаря облачным вычислениям многие предприятия могут мгновенно обмениваться услугами в любое время, а также удаленно управлять, получать доступ и хранить данные и приложения. Используя облако, они получают масштабируемое хранилище для файлов, приложений и различных типов информации, экономя время и деньги.

Как работают квантовые вычисления?

Классический процессор использует биты для обработки операций и выполнения различных программ, тогда как квантовый компьютер использует кубиты для запуска многомерных квантовых алгоритмов.

Квантовые компьютеры используют множество многомерных алгоритмов для выполнения измерений и наблюдений с использованием кубитов, которые могут одновременно представлять 0 и 1. Вычислительная мощность таких многомерных пространств экспоненциально возрастает с увеличением количества добавляемых кубитов.

Квантовые компьютеры меньше и потребляют меньше энергии, чем суперкомпьютеры (компьютеры с более высоким уровнем производительности, чем компьютеры общего назначения). Квантовый процессор по размеру похож на процессор ноутбука, а квантовая аппаратная система состоит в основном из систем охлаждения.

Квантовые компьютеры — чувствительные инструменты с высоким уровнем ошибок, которые можно предотвратить, поддерживая аппаратные средства при очень низкой температуре, около одной сотой градуса выше абсолютного нуля. Такие системы охлаждения определяются как сверхтекучие, которые должны дополнительно охлаждать процессоры для создания сверхпроводников.

Здесь электроны могут двигаться без сопротивления, быстрее и эффективнее генерируя квантовую информацию и создавая сложные многомерные пространства, пропорциональные количеству добавленных кубитов.

Преимущества и недостатки квантовых вычислений

Преимущества:

• Возможности для нескольких отраслей по разработке и проектированию передовых компьютерных программ на основе высокоточных, безопасных и эффективных данных.
• Усовершенствованные и надежные методы шифрования данных для лучшего обнаружения мошенничества и общей безопасности конфиденциальных данных.
• Беспрецедентная скорость обработки для одновременного управления огромными объемами данных, что невозможно на обычных компьютерах.
• Квантовые вычисления могут помочь в разработке новых материалов, лекарств и химических веществ путем моделирования сложных молекулярных структур.

Недостатки:

• Квантовые компьютеры очень чувствительны к внешним возмущениям, таким как температура и электромагнитное излучение, которые могут повлиять на точность вычислений.
• Недостаточная доступность и, как следствие, отсутствие массового внедрения не позволяют разработчикам должным образом оценить возможности и надежность квантовых компьютеров.
• Потребность в правильном функционировании больших объемов данных означает, что предприятия должны вкладывать средства в массивные системы хранения для размещения квантовых компьютеров.

Как работают облачные вычисления?

Облачные вычисления находятся в ведении специализированных компаний, которые поддерживают огромные центры обработки данных для обеспечения необходимой безопасности, емкости хранения и вычислительной мощности.

Облачные службы доступны через подключение к Интернету и вычислительные устройства, такие как смартфоны, ноутбуки или настольные компьютеры. Пользователи выбирают хостинговую компанию для облачных вычислений и платят за право пользоваться их услугами. Такие услуги включают в себя инфраструктуру, необходимую для облегчения связи между устройствами и программами, например загрузку файла на ноутбук пользователя, который будет мгновенно синхронизирован с файловой папкой iPhone того же пользователя.

Облачные вычисления имеют интерфейс, который позволяет пользователям получать доступ к своим сохраненным данным с помощью интернет-браузера, и серверную часть, состоящую из серверов, компьютеров, баз данных и центральных серверов.

Центральные серверы используют определенные правила протокола для облегчения операций и обеспечения бесперебойной связи между устройствами, подключенными к облаку.

Некоторые из доступных облачных хостинговых компаний являются ведущими технологическими лидерами, такими как Amazon Web Services, Microsoft Azure, Apple iCloud и Google Drive.

Преимущества и недостатки облачных вычислений

Преимущества:

• Облачные вычисления позволяют компаниям масштабировать свою инфраструктуру по требованию, что означает, что они могут быстро и легко добавлять или удалять серверы по мере изменения своих потребностей. Это может помочь компаниям справиться с внезапным спросом на рынке, не беспокоясь об ограничениях мощности.
• Экономически эффективен для предприятий, поскольку им не нужно вкладывать средства в установку дорогостоящего оборудования или программного обеспечения.
• Облачные вычисления обеспечивают легкий доступ к данным и приложениям из любого места, где есть подключение к Интернету.

Недостатки:

• Безопасность по-прежнему является проблемой для облачных вычислений из-за их подключения к Интернету, которое может быть уязвимо для хакерских атак.
• Высокая степень централизации облачных серверов означает, что службы могут отключаться в определенных местах во время сбоев.

Квантовые или облачные вычисления: что лучше?

Оба решения имеют свои преимущества и недостатки, и в споре между квантовыми и облачными вычислениями нет победителя. В конце концов, они будут полностью интегрированы, чтобы предоставлять привлекательные и безопасные решения для всех типов предприятий и частных лиц.

Прежде чем сделать выбор между квантовыми и облачными вычислениями, предприятия должны учитывать несколько факторов, таких как стоимость, доступность и конкретные потребности.

тарелка

Заменят ли квантовые вычисления облачные вычисления?

Хотя квантовые вычисления не заменят облако в ближайшее время, крупные технологические компании работают над интеграцией двух решений, чтобы получить максимальную отдачу от обоих миров. Такая интеграция может облегчить удаленный доступ к квантовым компьютерам с использованием облака и быть доступной для более широкого круга пользователей.

Облачные квантовые вычисления могут ускорить темпы технологических инноваций за счет оптимизации работы исследователей и разработчиков, которые могут получить доступ к квантовому оборудованию и вычислительным ресурсам через облако, что приведет к более быстрым прорывам и открытиям.

тарелка

Компании и частные лица должны преодолеть множество проблем, прежде чем они будут готовы интегрировать квантовые и облачные вычисления. Например, сложность доступа к квантовым компьютерам и опыт, необходимый для их эксплуатации, затрудняют для обычного человека использование квантовых решений в облаке. Еще одной проблемой является безопасность, поскольку конфиденциальные квантовые алгоритмы должны быть защищены от несанкционированного доступа, что чаще встречается в облаке.