Unu el la ĉefaj sciencaj defioj de nia tempo fariĝis la vetkuro por krei la unuan utilan kvantuman komputilon. Miloj da fizikistoj kaj inĝenieroj partoprenas en ĝi. IBM, Google, Alibaba, Microsoft kaj Intel disvolvas siajn konceptojn. Kiel potenca komputika aparato ŝanĝos nian mondon, kaj kial ĝi estas tiel grava?
Imagu momente: kreiĝis plenrajta kvantuma komputilo. Ĝi fariĝis konata kaj natura elemento de niaj vivoj. Oni nun parolas pri klasikaj kalkuloj nur en la lernejo, en historiolecionoj. Ie profunde en malvarmaj keloj, potencaj maŝinoj funkcias per kbitoj por funkciigi artefarite inteligentajn robotojn. Ili plenumas ĉiujn danĝerajn kaj simple monotonajn taskojn. Promenante tra la parko, vi ĉirkaŭrigardas kaj vidas ĉiajn robotojn. Humanoidaj estaĵoj promenas hundojn, vendas glaciaĵon, riparas elektran drataron kaj balaas la areon. Iuj modeloj anstataŭigas dorlotbestojn.
Ni ricevis la ŝancon malkaŝi ĉiujn sekretojn de la Universo kaj rigardi en ni mem. Medicino atingis novan nivelon - ĉiusemajne disvolviĝas novigaj drogoj. Ni povas antaŭvidi kaj determini kie troviĝas malabundaj rimedoj kiel gaso kaj petrolo. La problemo de mondvarmiĝo estas solvita, energiŝparaj metodoj optimumigitaj, kaj ne plu estas trafikŝtopiĝo en urboj. La kvantuma komputilo ne nur regas ĉiujn robotaŭtojn, sed ankaŭ certigas liberan moviĝon: ĝi kontrolas la situacion sur la vojoj, alĝustigas itinerojn kaj transprenas kontrolon de ŝoforoj se necese. Jen kiel povus aspekti la kvantuma aĝo.
Kvantuma Orfebro
La aplikaj perspektivoj estas mirindaj, tial investoj en kvantumaj evoluoj kreskas ĉiujare. La tutmonda kvantuma komputika merkato estis taksita je $ 81,6 milionoj en 2018. Fakuloj de Market.us taksas, ke ĝis 2026 ĝi atingos 381,6 milionojn da dolaroj. Tio estas, ĝi pliiĝos meze de 21,26% jare de 2019 ĝis 2026.
Ĉi tiu kresko estas instigita de la kreskanta uzo de kvantuma kriptografio en sekurecaj aplikoj kaj pelita de investoj de kvantuma komputika merkataj koncernatoj. Komence de ĉi tiu jaro, privataj investantoj financis almenaŭ 52 kvantumteknologiajn kompaniojn tutmonde, laŭ analizo de la scienca revuo Nature. Gravaj ludantoj kiel IBM, Google, Alibaba, Microsoft, Intel kaj D-Wave Systems luktas por krei praktike aplikeblan kvantuman komputilon.
Jes, kondiĉe ke la mono fluanta en ĉi tiun areon ĉiujare reprezentas malgrandan elspezon (kompare kun $ 2018 miliardoj en AI-investo en 9,3). Sed ĉi tiuj nombroj estas signifaj por nematura industrio, kiu ankoraŭ ne fanfaronas pri rendimentaj indikiloj.
Solvante kvantumajn problemojn
Vi devas kompreni, ke hodiaŭ la teknologio ankoraŭ estas en sia infanaĝo. Estis eble krei nur prototipojn de kvantumaj maŝinoj kaj ununuraj eksperimentaj sistemoj. Ili kapablas efektivigi fiksajn algoritmojn de malalta komplekseco. La unua 2-kbita komputilo estis kreita en 1998, kaj la homaro bezonis 21 jarojn por alporti la aparatojn al la taŭga nivelo, la tiel nomata "kvantuma supereco". Tiu esprimo estis elpensita fare de Caltech-profesoro John Preskill. Kaj ĝi signifas la kapablon de kvantumaj aparatoj solvi problemojn pli rapide ol la plej potencaj klasikaj komputiloj.
Trarompo en ĉi tiu areo estis farita de la kalifornia kompanio Google. En septembro 2019, la korporacio anoncis, ke ĝia 53-kbita Sycamore-aparato kompletigis kalkulon en 200 sekundoj, kiu bezonus 10 jarojn por finiĝi moderna superkomputilo. La deklaro kaŭzis multe da diskutado. IBM kategorie malkonsentis kun tiaj kalkuloj. En sia blogo, la kompanio skribis, ke ĝia Summit-superkomputilo traktos ĉi tiun taskon en 000 tagoj. Kaj ĉio, kio necesas, estas pliigi la diskon-kapaciton. Kvankam fakte la diferenco ne estis tiom kolosa, Guglo ja estis la unua kiu atingis "kvantuma superecon". Kaj ĉi tio estas grava mejloŝtono en komputila esplorado. Sed nenio pli. La heroaĵo de Sycamore estas nur por pruvceloj. Ĝi ne havas praktikan aplikon kaj estas senutila por solvi verajn problemojn.
La ĉefa problemo estas la aparataro. Dum tradiciaj komputilaj bitoj havas valoron de 0 aŭ 1, en la stranga kvantuma mondo, kvbitoj povas esti en ambaŭ ŝtatoj samtempe. Ĉi tiu propraĵo nomiĝas supermeto. Qubits estas kiel ŝpiniloj: ili turniĝas kaj dekstrume kaj kontraŭhorloĝe, moviĝas supren kaj malsupren. Se vi trovas ĉi tion konfuza, tiam vi estas en bonega kompanio. Richard Feynman iam diris: "Se vi pensas, ke vi komprenas kvantuman mekanikon, vi ne komprenas ĝin." Kuraĝaj vortoj de la viro, kiu gajnis la Nobel-premion por... kvantuma mekaniko.
Do, kvutoj estas ekstreme malstabilaj kaj submetataj al eksteraj influoj. Aŭto pasanta sub la laboratoriofenestroj, la interna bruo de la malvarmiga sistemo, fluganta kosma partiklo - ajna hazarda interfero, ajna interagado interrompas ilian sinkronecon kaj ili dekoheriĝas. Ĉi tio estas malutila al komputado.
La ŝlosila demando por la evoluo de kvantuma komputiko estas kiu aparatara solvo el la multaj esploritaj certigos la stabilecon de kvbitoj. Kiu solvas la koheran problemon kaj faras kvantumajn komputilojn tiel oftajn kiel GPU-oj, tiu gajnos la Nobel-premion kaj fariĝos la plej riĉa homo en la mondo.
Vojo al komercigo
En 2011, la kanada firmao D-Wave Systems Inc. estis la unua se temas pri vendi kvantumajn komputilojn, kvankam ilia utileco estas limigita al certaj matematikaj problemoj. Kaj en la venontaj monatoj, milionoj da programistoj povos komenci uzi kvantumajn procesorojn per la nubo - IBM promesas havigi aliron al sia 53-kbita aparato. Ĝis nun, 20 kompanioj ricevis ĉi tiun privilegion sub programo nomita Q-Reto. Inter ili estas ekipaĵproduktanto Samsung Electronics, aŭtoproduktantoj Honda Motor kaj Daimler, kemiaj kompanioj JSR kaj Nagase, bankoj JPMorgan Chase & Co. kaj Barclays.
Plej multaj kompanioj eksperimentantaj kun kvantuma komputiko hodiaŭ vidas ĝin kiel integra parto de la estonteco. Ilia ĉefa misio nun estas eltrovi kio funkcias en kvantuma komputado kaj kio ne. Kaj estu preta esti la unua enkonduki teknologion en komercon kiam ĝi estos preta.
Transportorganizoj. Volkswagen, kune kun D-Wave, disvolvas kvantuman aplikaĵon - trafikkontrolan sistemon. La nova programo ebligos al publikaj transportaj organizoj kaj taksiaj kompanioj en grandaj urboj uzi sian floton pli efike kaj minimumigi pasaĝeran atendtempon.
Energia sektoro. ExxonMobil kaj IBM antaŭenigas la uzon de kvantuma komputado en la energisektoro. Ili koncentriĝas pri evoluigado de gamo da novaj energiaj teknologioj, plibonigo de energiefikeco kaj reduktado de forcej-efikaj gasoj. La skalo kaj komplekseco de la defioj alfrontataj de la energisektoro estas preter la amplekso de la hodiaŭaj tradiciaj komputiloj kaj taŭgas por testado pri kvantumaj.
Farmaciaj kompanioj. Accenture Labs kunlaboras kun 1QBit, firmao pri kvantuma programaro. En nur 2 monatoj, ili iris de esplorado al pruvo-de-koncepto - uzante aplikaĵon por modeligi kompleksajn molekulajn interagojn ĉe atomniveloj. Danke al la potenco de kvantuma komputado, nun eblas analizi pli grandajn molekulojn. Kion ĉi tio donos al la socio? Novigaj drogoj kun la malplej kromefikoj.
Financa sektoro. Teknologioj bazitaj sur la principoj de kvantuma teorio ĉiam pli altiras la intereson de bankoj. Ili interesiĝas pri prilaborado de transakcioj, komercoj kaj aliaj specoj de datumoj kiel eble plej rapide. Barclays kaj JP Morgan Chase (kun IBM), same kiel NatWest (kun Fujitsu) jam faras siajn eksperimentojn pri la disvolviĝo de speciala programaro.
La akcepto de tiaj grandaj korporacioj kaj la apero de entreprenemaj kvantumpioniroj parolas multon pri la komerca daŭrigebleco de kvantumo. Ni jam vidas kvantuman komputadon aplikitan al realaj problemoj, de plibonigado de energia efikeco ĝis optimumigo de veturilaj itineroj. Kaj grave, la valoro de la teknologio pliiĝos dum ĝi evoluas.
fonto: www.habr.com