Квантовые вычисления, как часть четвертой промышленной революции

Введение

Начнем с того, что на протяжении всего существования человечества история познала не мало революций. Сегодня мы являемся наблюдателями изменений в обществе, которые, прежде всего, касаются различных сфер жизни, вызванные высокими технологиями, а также совершенствованием технологий производства. Это, в свою очередь, ведет мир к четвертой промышленной революции. При этом как отмечают некоторые эксперты, она уже идет полным ходом.
Актуальность данной работы состоит в том, что четвертая промышленная революция, которая также имеет название «Индустрия 4.0» представляет собой прогнозируемые перемены во всех областях жизни общества. Отметим, что данные изменения будут обусловлены современными тенденциями автоматизации и обмена информации в производственных технологиях.
Так, основой данных существенных преобразований, как отмечается сегодня, будут выступать такие технологии, как киберфизические системы, интернет вещей, искусственный интеллект, робототехника, облачные технологии, 3D-печать, и квантовые вычисления.
Цель работы – изучение особенностей квантовых вычислений как части четвертой промышленной революции. Поставленная цель предполагает решение следующих задач:
рассмотреть основные понятия и особенности квантовых вычислений и Индустрии 4.0;
проанализировать квантовые вычисления как часть четвертой промышленной революции.
При написании работы использовались такие методы, как теоретическое обоснование темы, изучение научных источников, а также их сравнительный анализ.


1 Квантовые вычисления и Индустрия 4.0 – основные понятия и особенности
Начнем с того, что Клаусом Швабом, президентом Всемирного Экономического Форума, был введен термин Индустрия 4.0. Согласно его определения это концепция, которая говорит, что мы стоим на пороге совершенно новой эпохи, в которой виртуальный мир объединяется с физическим посредством технологий [1, с. 16]. Другими словами, это и есть четвертая промышленная революция.
Сегодня важным видится формирование новой модели роста отечественной экономики, основой которой выступало бы активное развитие промышленного производства в условиях глобальной трансформации мировой системы под влиянием масштабного внедрения технологий инноваций четвертой промышленной революции.
При этом, как ожидается, основой данных кардинальных преобразований, будут являться такие технологии, как киберфизические системы, Интернет вещей, искусственный интеллект, робототехника, облачные технологии, 3D-печать, а также квантовые вычисления [2, с. 17].
Так, квантовые вычисления сегодня представляют собой новую область, открывающую большое число возможностей. При этом квантовые вычисления, если говорить научным языком, это обработка информации квантовыми системами, которая получена в квантово-механических явлениях.
Подчеркнем, что выполнение квантовых алгоритмов происходит с применением квантовых схем, служащих моделями квантовых вычислений, которые, в свою очередь, включают последовательности квантовых логических элементов

. На рисунке 1 представлена схема идеального квантового компьютера в самом общем виде.

Рисунок 1 - Схема идеального квантового компьютера
Отметим, что мы видели уже три промышленных революции, каждая из которых породила новые секторы. Так, благодаря первой промышленной революции были созданы транспортная, а также финансовая промышленность. Лидерами второй, в свою очередь, стали нефтегазовая, фармацевтическая, химическая, а также автомобильная промышленность.
Основой третьей промышленной революции стали секторы технологий, а также средств массовой информации. Как результат, четвертая промышленная революция настроена на повторение истории – она породит совершенно новые отрасли, технологии и, безусловно, организации. Подчеркнем, что Всемирный экономический форум в Давосе (2016 год) стал знаковым событием в истории концепции Индустрии 4.0 [4, с. 63].
Подводя итоги вышесказанного в данной главе, отметим, что вследствие того, что вычислительные технологии в настоящее время являются весьма неадекватны времени, а также не могут справляться уже с новым вызовом, именно квантовые вычисления представляют собой одну из технологий, которая, можно говорить с большой вероятностью, перепишет будущее человечества и, безусловно, будет пользоваться популярностью среди профессионалов.
Несмотря на только зарождающие стадии квантовых вычислений и их туманное использование, можно с уверенностью говорить, что такие вычисления являются хорошо построенными для решения проблем с применением алгоритмов оптимизации выборки, а также машинного обучения.
2 Квантовые вычисления, как часть четвертой промышленной революции
Начнем с того, что в настоящее время в сфере обработки информации все четче можно наблюдать нарастание конкуренции между квантовыми, с одной стороны, и классическими законами природы с другой. Сегодня данная конкуренция обострилась по двум причинам. Во-первых, по причине невозможности решить определенный класс вычислительных задач на классическом компьютере вследствие отсутствия эффективных алгоритмов. Однако в то же время квантовые вычисления, применяя парадоксы квантовой механики, позволяют решать эти задачи.
Во-вторых, квантовая механика сегодня становится «локомотивом» для развития базы современных технологий (в наноэлектронике, атомной промышленности, а в настоящее время и в информационных технологиях). Отметим, что благодаря современным квантовым технологиям возможна поддержка новых квантовых алгоритмов, основой которых являются принципы квантовой механики [3, с. 462].
Важным видится то, что реализация всех алгоритмов, которые реализуются на квантом компьютере, возможна и на классическом компьютере. Однако все проблемы, которые являются неразрешимыми посредством классических компьютеров до сих пор остаются неразрешимыми и посредством квантовых компьютеров.
Тем не менее интерес к квантовым компьютерам можно объяснить тем, что некоторые алгоритмы (к примеру, переборного типа) могут выполняться на них гораздо быстрее, чем на классических компьютерах