Джым Кларк, дырэктар па квантавым абсталяванні Intel, з адным з квантавых працэсараў кампаніі. Фота; Intel
- Квантавыя кампутары – надзвычай захапляльная тэхналогія, якая падае надзеі на стварэнне магутных вылічальных магчымасцяў для вырашэнне раней невырашальных праблем.
- Эксперты сцвярджаюць, што IBM лідзіравала ў вобласці квантавых вылічэнняў, таму Google, Intel, Microsoft і мноства стартапаў знаходзяцца пад яе ўплывам.
- Інвестараў прыцягваюць стартапы ў вобласці квантавых вылічэнняў, у іх ліку IonQ, ColdQuanta, D-Wave Systems і Rigetti, якія змогуць змяніць гэты рынак.
- Аднак, ёсць загваздка: сучасныя квантавыя кампутары, як правіла, не так магутныя і не так надзейныя, як існуючыя сёння суперкампутары, а таксама ім патрабуюцца асаблівыя ўмовы для запуску і загрузкі.
У студзені IBM зрабіла фурор, калі абвясціла аб выпуску IBM Q System One, першай у свеце мадэлі квантавага кампутара даступнай для бізнесу. Прылада, было змешчана ў гладкі шкляны корпус аб'ёмам 9 кубічных футаў.
Гэта важная вяха для квантавых кампутараў, якія да гэтага часу размяшчаюцца ў даследчых лабараторыях. На думку IBM, пакупнікі ўжо маюць намер узяць у свае рукі гэтую тэхналогію, якая падае надзеі ў розных галінах: хіміі, матэрыялазнаўстве, вытворчасці прадуктаў харчавання, авіякасмічнай прамысловасці, распрацоўцы лекаў, прагназаванні фондавага рынку і нават у барацьбе з кліматычнымі зменамі.
IBM Q System One. Фота: IBM
Прычына хваляванняў заключана ў тым, што квантавы кампутар валодае, здавалася б, магічнымі ўласцівасцямі, якія дазваляюць яму апрацоўваць экспанентна большай інфармацыяй, чым звычайная сістэма. Квантавы кампутар не проста вельмі хуткі кампутар, дакладней, гэта зусім іншая парадыгма вылічэнняў, якая патрабуе радыкальнага пераасэнсавання.
Пераможцам у гонцы тэхналогій стане тая кампанія, якая скарыстаецца магчымасцямі, якія прадстаўляюцца гэтай тэхналогіяй. IBM, Microsoft, Google і іншыя тэхнічныя гіганты, а таксама стартапы робяць стаўку на гэтую тэхналогію.
Business Insider задаў пару пытанняў віцэ-прэзідэнту IBM Q Strategy and Ecosystem Бобу Сютару аб тым як зрабіць гэтыя сістэмы даступнымі для людзей: як людзі атрымаюць да іх доступ? Якім чынам мноства людзей зможа навучыцца выкарыстоўваць квантавыя камп'ютары для выканання сваіх задач?
Мала шанцаў убачыць квантавыя кампутары ў офісе хуткім часам. Эксперты, з якімі мы пагаварылі, лічаць, што, нягледзячы на тое, што яны даступныя IBM, пройдзе яшчэ пяць-дзесяць гадоў, перш чым квантавыя вылічэнні сапраўды стануць мэйнстрымам. IBM Q System One у цяперашні час даступная толькі ў якасці службы хмарных вылічэнняў для абраных пакупнікоў. Пройдзе яшчэ нейкі час, перш чым нешта падобнае людзі здолеюць набыць і прымусіць працаваць у асабістых мэтах.
Сапраўды, эксперты запэўніваюць, што квантавыя кампутары падаюць вялікія надзеі, але яны далёкія ад масавай вытворчасці. Яны надзвычай далікатныя і патрабуюць спецыяльных умоў для працы. Больш за тое, квантавыя кампутары сёння не так надзейныя і не так магутныя, як кампутары, якія ў нас ужо ёсць.
«Мы лічым, што прыкладна праз дзесяць гадоў квантавы кампутар зменіць ваша жыццё або маё, – заявіў Business Insider Джым Кларк, дырэктар па квантавым абсталяванні Intel. - На самай справе мы зараз толькі на першай мілі марафону. Гэта не значыць, што мы не занепакоеныя гэтым».
Што такое квантавы кампутар?
Аднойчы Біл Гейтс сказаў, што матэматыка, якая ляжыць у аснове кванта, была па-за межамі яго разумення, але не ўсе з гэтым пагадзіліся.
«Некалькі памылковае ўяўленне аб тым, што квантавая фізіка – гэта таксама фізіка і яна занадта складаная, – пераконвае Business Insider Крыс Манро, генеральны дырэктар і сузаснавальнік IonQ. - Неспасціжнай для многіх людзей яе робіць тое, што яна - незразумелая, але яна таксама незразумелая для мяне, як і для вас. Калі нешта можа знаходзіцца ў суперпазіцыі, гэта азначае, што яно можа быць у двух станах адначасова. Гэта дзіўна, таму што мы не сутыкаемся з падобным у рэальным свеце».
Кампутары, якія мы выкарыстоўвалі адлюстроўваюць дадзеныя ў выглядзе радка 1 або 0, названай двайковым кодам. Тым не менш, квантавы кампутар можа прадстаўляць дадзеныя ў выглядзе 1, 0 ці, што асабліва важна, абодва лікі адначасова.
Калі сістэма можа знаходзіцца ў больш за адным стане адначасова, гэта завецца "суперпазіцыя" - адно з, здавалася б, магічных уласцівасцяў квантавых вылічэнняў. Іншым ключавым прынцыпам тут з'яўляецца «заблытанасць», якая з'яўляецца квантавай уласцівасцю, якая дазваляе двум часціцам рухацца абсалютна сінхронна, незалежна ад таго, наколькі далёка яны фізічна падзелены.
як тлумачыць у часопісе Scientific American, гэтыя дзве якасці аб'ядноўваюцца ў кампутар, які можа апрацоўваць адначасова значна больш дадзеных, чым любая сістэма на сённяшнім рынку.
Магутнасць квантавага кампутара вымяраецца ў кубітах, базавай адзінцы вымярэння ў квантавым кампутары. Сапраўды гэтак жа, як сучасныя кампутары маюць 32-х ці 64-разрадныя працэсары (меру таго, колькі дадзеных яны могуць апрацоўваць адначасова) квантавы кампутар з вялікай колькасцю кубітаў мае значна большы аб'ём вылічальнай магутнасці.
Унутры квантавага кампутара. Фота: IBM
Неба - гэта мяжа
Усё гэта азначае, што квантавы кампутар можа вырашаць праблемы, якія раней былі абмежаваныя вылічальнай магутнасцю.
Напрыклад, квантавы кампутар можа грубым метадам вырашыць вядомую праблему коміваяжора - складаную вылічальную задачу, якая патрабуе знаходжання найкароткага маршруту паміж некалькімі гарадамі, перш чым вярнуцца дадому. Гэта гучыць проста, але калі глядзець на гэта з пункту гледжання матэматыкі, знайсці адзіны аптымальны шлях становіцца складаней, калі вы дадаеце больш гарадоў у яго маршрут.
Сапраўды гэтак жа квантавы кампутар мог бы прабрацца праз самыя хітрыя, самыя працаёмкія задачы, адсяваючы велізарныя аб'ёмы фінансавых, фармацэўтычных ці кліматалагічных дадзеных, каб знайсці аптымальныя рашэнні. Сапраўды, квантавы стартап D-Wave ужо супрацоўнічае з Volkswagen, каб прааналізаваць мадэлі руху і адсеяць вялікую колькасць перашкод для таго, каб дабрацца да сутнасці.
Абмяркоўваецца яго карыснасць у сферы крыптаграфіі. Квантавы кампутар здольны здужаць метад шыфравання, выдатны ад раней вядомага шыфра, што дазваляе яму лёгка расшыфраваць нават дзяржаўную таямніцу. Праяўляецца вялікая цікавасць з боку сусветных урадаў да гэтай карыснай функцыі, у той час як актывісты апасаюцца, што з'яўленне квантавых вылічэнняў можа знішчыць канфідэнцыяльнасць.
Фізічная задача
"Паколькі квантавыя вылічэнні ўсё яшчэ знаходзяцца на ранніх стадыях свайго развіцця, ёсць шмат інфармацыі, якая да гэтага часу застаецца недаказанай", – лічыць Мэцью Брыс, віцэ-прэзідэнт Gartner па НДВКП. "Але пакупнікі ўжо шукаюць вобласць прымянення, каб вызначыць канкурэнтныя перавагі квантавых вылічэнняў для іх бізнесу", – кажа ён.
Нягледзячы на ўсю шуміху, эксперты лічаць, што квантавыя кампутары гэтак жа далёкія ад якія лідыруюць пазіцый, як ПК у 1950-х гадах. Вядома, яны набіраюць абароты, але марудна.
«Квантавыя вылічэнні можна параўнаць з павольна якія рухаюцца цягніком, – заявіў Business Insider Браян Хопкінс, віцэ-прэзідэнт і галоўны аналітык Forrester. - Калі ён праходзіць адзін дзюйм у секунду, то праз месяц ён пройдзе ўжо два цалі ў секунду. Даволі хутка ён пачне рухацца хутчэй».
Вялікая праблема зараз заключаецца ў тым, што квантавы кампутар не можа нічога зрабіць таго, што не змог быць зрабіць класічны кампутар. Прамысловасць з нецярпеннем чакае моманту, названага квантавай перавагай, калі квантавыя кампутары выйдуць за межы бягучых абмежаванняў.
«Калі кліенты прыходзяць да нас, галоўнае, што яны нам кажуць – гэта тое, што ім усё роўна якая мадэль, толькі б яна была карысная для іх бізнэсу, – кажа аналітык Брыс. - Не існуе якой-небудзь мадэлі, якая магла б апярэдзіць класічныя алгарытмы. Нам сапраўды трэба пачакаць, пакуль апаратура квантавага кампутара пачне ўдасканальвацца».
Супрацоўнік IBM Research Кэці Кулі аглядае крыястат, які дапамагае квантавым кампутарам захоўваць нізкую тэмпературу. Фота: Эндзі Аарон, IBM
Вялікай праблемай застаецца недахоп вылічальнай магутнасці. Мяркуецца, што для квантавай перавагі запатрабуецца кампутар з магутнасцю ў 50 кубіт. Хоць гэты рубеж быў пераадолены ў лабараторыі, ён нясталы і яго немагчыма падтрымліваць. Сапраўды, кубіты могуць як падвяргацца памылкам, так і быць нясталымі, што прыводзіць да праблем з іх генерацыяй і паніжае іх патэнцыял.
Іншы важны фактар - больш матэрыяльны. Квантавыя кампутары павінны быць цалкам ізаляваны ад навакольнага асяроддзя, каб функцыянаваць, і ім патрабуюцца вельмі нізкія тэмпературы. Нават самыя слабыя вібрацыі могуць прывесці да разбурэння кубітаў, выводзячы іх з суперпазіцыі, падобна таму, як дзіця, стукаючы па стале, прымушае якія верцяцца манеты падаць на стол.
Папярэднія квантавыя кампутары, такія як IBM Q System One, настолькі грувасткія, што неабходныя ўмовы ізаляцыі і астуджэнні становяцца рэальнай праблемай. Пагаршаюць дадзеную праблему недахоп неабходных кампанентаў: звышправадных кабеляў і нізкатэмпературных рэфрыжэратараў. Яны ў моцным дэфіцыце.
У канчатковым рахунку гэта азначае, што, хоць веды ўдасканальваюцца і тэхналогія развіваецца, квантавыя вылічэнні ўсё яшчэ практычна няздзейсныя.
«Адной з праблем у маёй працоўнай групе з'яўляецца маніпуляванне матэрыяламі, крэмніем, металамі, каб мы маглі стварыць вельмі аднастайнае асяроддзе, – сказаў Кларк з Intel. - Гэта ў асноўным самая лепшая паўправадніковая тэхніка. Тэхналогій, якія нам патрэбныя для стварэння квантавых вылічэнняў у вялікіх маштабах, пакуль не існуе».
Іншая праблема складаецца ў тым, што квантавыя кампутары валодаюць бясспрэчным патэнцыялам для забеспячэння непрадбачаных вылічальных магутнасцяў. Аднак, у гэтым свеце не так шмат людзей, якія на самой справе маюць досвед праграмавання ці кіравання гэтымі сістэмамі, а зачараваныя патэнцыйныя пакупнікі спрабуюць высветліць, як на самой справе гэтым карыстацца.
Вялікая квантавая гонка
Аналітыкі сцвярджаюць, што IBM у наш час лідзіруе ў гонцы квантавых вылічэнняў дзякуючы абмежаванай камерцыйнай даступнасці IBM Q System One. Паколькі доступ да яго ажыццяўляецца праз воблака, IBM можа падтрымліваць гэтыя адмысловыя ўмовы, каб гэты квантавы кампутар функцыянаваў, у той жа час дазваляючы абраным кліентам ім карыстацца.
«Я думаю, што [квантавы кампутар IBM] разгойдваецца, – сказаў аналітык Брыс. - Я думаю, што мадэль квантавых вылічэнняў у якасці сэрвісу - дакладная мадэль. Змясціўшы яе ў кантэйнер і звяртаючыся з пэўнымі задачамі, яны сапраўды спрабуюць палепшыць яго якасць».
Сара Шэлдан і Пэт Гуман з IBM працуюць над рэфрыжэратарам растварэння, які астуджае квантавыя кампутары. Фота: IBM
Пры гэтым аналітыкі адзначаюць, што ў любога з гульцоў гэтага рынку можа адбыцца прарыў у любы момант, які дазволіць яму вырвацца наперад, і што гэта па-ранейшаму неабходнае саперніцтва.
Розныя IT – гіганты па-рознаму падыходзяць да гэтай праблемы. Intel, IBM, Google і стартап квантавых вылічэнняў Rigetti будуюць сістэмы, створаныя на аснове звышправодзячых схем, абапіраючыся на сучасныя суперкампутары.
выкарыстоўвае зусім іншы і, магчыма, больш рызыкоўны падыход, спрабуючы стварыць лепшы кубіт. Тапалагічны кубіт, які спрабуе стварыць Microsoft, фрагментуе электроны для захоўвання інфармацыі ў некалькіх месцах адначасова, робячы яе больш стабільнай і менш схільнай да разбурэння. Па словах аналітыка Хопкінса, гэта менш надзейна, чым тое, што спрабуюць стварыць яго канкурэнты, але вынік стане важным крокам наперад для ўсёй вобласці квантавых вылічэнняў.
"Яны ўвязаліся ў авантуру і многія лічаць, што ім гэта ніколі не ўдасца", – заяўляе Хопкінс.
Што тычыцца авантур, такія стартапы, як IonQ і D-Wave, робяць стаўку на перадавыя тэхналогіі, такія як іённае ўлоўліванне і квантавы адпал. Прасцей кажучы, спрабуюць рознымі спосабамі дамагчыся большай прадукцыйнасці і стабільнасці ад кожнага кубіта, выкарыстоўваючы зусім новы метады.
"Гэта дазваляе нам ствараць квантавы кампутар, які вырашае складаныя задачы і бесперапынна прагрэсуе ў гэтым", – заявіў Business Insider Марк Джонсан, віцэ-прэзідэнт па праектаванні і распрацоўцы працэсараў і квантавых прадуктаў у D-Wave.
Адмысловец па квантавых тэхналогіях IBM ходзіць па вылічальным цэнтры IBM Q у даследчым цэнтры Томаса Дж. Уотсана ў Йорктаун-Хайтс, Нью-Ёрк. Фота: Коні Чжоў для IBM
Квантавыя стартапы
Рост патоку квантавых вылічэнняў выклікаў хвалю цікавасці інвестараў да звязаных стартапам. Паводле ацэнак Роберта Сютара з IBM, у свеце існуе каля 100 стартапаў у галіне квантавага праграмнага забеспячэння, апаратнага забеспячэння і нават кансалтынгу. Гэта мала ў параўнанні з вялізным рынкам стартапаў, але значна больш, чым раней.
«Я ў гэтай сферы вельмі доўга, з самага пачатку, – заявіў Манро з IonQ. - Доўгі час яна знаходзілася ў зачаткавым стане, пакуль 5-8 гадоў таму не звярнула на сябе ўвагу, і прыцягнула вялізныя інвестыцыі. Стала зразумела, што час прыйшоў».
Крыс Манро, генеральны дырэктар і сузаснавальнік стартапа квантавых вылічэнняў IonQ. Фота: IonQ
Некаторыя, як Rigetti, гатовыя ваяваць на роўных з тэхнічнымі тытанамі, распалаючы ўласнымі квантавымі чыпамі і майстэрскімі сістэмамі квантавых вылічэнняў.
"Гэта аснова нашага бізнесу", – паведаміла Business Insider Бетсі Масіела, віцэ-прэзідэнт па прадуктах у Rigetti. - У квантавай прасторы існуе мноства кампаній, якія працуюць над праграмнымі прыкладаннямі ў галіне квантавых вылічэнняў. Мы вырабляем мікрасхемы і будуем вылічальныя сістэмы».
Мэцью Кинселла, кіраўнік дырэктар Maverick Ventures, кажа, што ён настроены аптымістычна адносна вобласці квантавых вылічэнняў. Яго кампанія зайшла так далёка, што інвеставала ў ColdQuanta, кампанію, якая вырабляе абсталяванне, якое прымяняецца ў квантавых сістэмах. Ён чакае, што праз пяць-дзесяць гадоў квантавыя кампутары перасягнуць сённяшнія сістэмы. Maverick Ventures зрабіў стаўку на доўгатэрміновую перспектыву.
“Я сапраўды веру ў квантавыя вылічэнні, хоць гэта можа заняць больш часу, чым чакалася, перш чым квантавы кампутар стане лепш, чым традыцыйны кампутар для вырашэння паўсядзённых задач. Хутчэй за ўсё ў бліжэйшыя некалькі гадоў мы будзем атрымліваць перавагі квантавых кампутараў у рашэнні задач малога маштабу”, – сказаў Кінселла.
D-Wave's 2000Q Systems лабараторыі. Фота: D-Wave
Кінсэла, як і аналітыкі, з якімі мы размаўлялі, у чаканні так званай «квантавай зімы». Вакол квантавых кампутараў можа быць ажыятаж, але людзі абнадзейваюць самі сябе, папярэджваюць эксперты. Машыны яшчэ не дасканалыя, і пройдуць гады, перш чым фундатары ўбачаць вынікі.
У перспектыве
Нават за межамі квантавай перавагі эксперты запэўніваюць нас, што для традыцыйных кампутараў і суперкампутараў усё ж знойдзецца месца. Да таго часу ёсць яшчэ варта вырашыць праблемы з коштам, памерам, надзейнасцю і вылічальнай магутнасцю, перш чым мы зможам гэта абмеркаваць.
«Варта перавесці дыханне, - сказаў аналітык Брыс. - У гэтай галіне адбываецца шмат захапляльных рэчаў, якія адымаюць час. Гэта кангламерат фізікі, інфарматыкі і, шчыра кажучы, навуковага аналізу. Нам не давялося б вывучаць гэта, калі б мы ведалі ўсе адказы, але ў будучыні нас чакае вялікі аб'ём даследчай працы”.
Квантавы кампутар Rigetti. Фота: Rigetti
Тым не менш, для многіх зразумела, што за гэтым будучыня. Сапраўды гэтак жа, як вытворцы першага мэйнфрэйм-кампутара не ўсведамлялі, што гэта ў канчатковым выніку прывядзе да павелічэння ліку кішэнных смартфонаў памерам з далонь. Квантавы кампутар можа стаць першым крокам на зусім новым шляху.
Нямногія, падобныя віцэ-прэзідэнту Microsoft па карпаратыўным кіраванні Тодду Холмдалу, дастаткова аптымістычныя, каб заявіць, што гэта можа быць больш значным, чым штучны інтэлект і машыннае навучанне сёння. Раней ён казаў сваім дзецям, што яны павінны займацца тым, чым захопленыя, і што яны заўжды могуць атрымаць працу ў галіне штучнага інтэлекту. Цяпер ён скажа тое ж самае пра квантавыя вылічэнні.
«Гэтая вобласць, якая будзе развівацца. Нам патрэбны людзі, каб запоўніць яе і не даць зачахнуць, - сказаў Холмдал. - Яна адыгрывае важную ролю для нашага пакалення, якая дае магчымасць ствараць дзіўныя рэчы ў будучыні».
Крыніца: habr.com
