Jim Clark, Inteli kvantriistvara direktor, ühe ettevõtte kvantprotsessoriga. Foto; Intel
- Kvantarvutid on äärmiselt põnev tehnoloogia, mis lubab luua võimsaid andmetöötlusvõimalusi varem lahendamatute probleemide lahendamiseks.
- Eksperdid väidavad, et IBM on kvantandmetöötluses teejuhiks olnud, mistõttu on selle mõju all Google, Intel, Microsoft ja hulk idufirmasid.
- Investoreid meelitavad kvantarvutite idufirmad, sealhulgas IonQ, ColdQuanta, D-Wave Systems ja Rigetti, mis võivad turgu häirida.
- Siiski on konks: tänapäevased kvantarvutid ei ole üldiselt nii võimsad ega töökindlad kui tänapäeva superarvutid ning nende käivitamiseks ja alglaadimiseks on vaja ka eritingimusi.
Jaanuaris lõi IBM laineid, kui kuulutas välja IBM Q System One’i, mis on maailma esimene äri jaoks saadaval olev kvantarvuti. Seade paiknes elegantses klaaskorpuses, mille maht oli 9 kuupjalga.
See on oluline verstapost kvantarvutite jaoks, mis asuvad endiselt uurimislaborites. IBM-i sõnul soovivad ostjad juba praegu tehnoloogiat, mis näitab paljutõotust erinevates valdkondades: keemia, materjaliteadus, toiduainete tootmine, lennundus, ravimiarendus, börsiprognoosid ja isegi kliimamuutused, oma käed külge panna.
IBM Q System One. Foto: IBM
Põnevuse põhjuseks on see, et kvantarvutil on näiliselt maagilised omadused, mis võimaldavad tal töödelda eksponentsiaalselt rohkem informatsiooni kui tavalisel süsteemil. Kvantarvuti pole lihtsalt väga kiire arvuti, täpsemalt on see hoopis teistsugune arvutusparadigma, mis nõuab radikaalset ümbermõtestamist.
Tehnoloogiavõistlusel võidab ettevõte, kes kasutab ära selle tehnoloogia pakutavad võimalused. Sellele tehnoloogiale panustavad IBM, Microsoft, Google ja teised tehnoloogiahiiglased, aga ka idufirmad.
Business Insider küsis IBM Q strateegia ja ökosüsteemi asepresidendilt Bob Sutorilt, kuidas need süsteemid inimestele kättesaadavaks teha: kuidas inimesed neile juurde pääsevad? Kuidas saavad paljud inimesed õppida oma ülesannete täitmiseks kasutama kvantarvuteid?
Kvantarvuteid kontoris lähiajal näha on vähe. Eksperdid, kellega me rääkisime, usuvad, et vaatamata sellele, et see on IBM-ile kättesaadav, kulub veel viis kuni kümme aastat, enne kui kvantarvuti jõuab tõeliselt peavoolu. IBM Q System One on praegu saadaval ainult valitud klientidele pilvandmetöötlusteenusena. Läheb aega, enne kui inimesed saavad midagi sellist osta ja oma eesmärkidel tööle panna.
Tõepoolest, eksperdid ütlevad, et kvantarvutid näitavad palju lubadusi, kuid need on masstootmisest kaugel. Need on äärmiselt haprad ja vajavad töötamiseks eritingimusi. Pealegi ei ole kvantarvutid tänapäeval nii töökindlad ega nii võimsad kui meil juba olemas olevad arvutid.
"Usume, et umbes kümne aasta pärast muudab kvantarvuti teie või minu elu," ütles Inteli kvantriistvara direktor Jim Clark Business Insiderile. — Tegelikult oleme praegu alles maratoni esimesel miilil. See ei tähenda, et me selle pärast muret ei tunneks."
Mis on kvantarvuti?
Bill Gates ütles kord, et kvantide taga olev matemaatika on talle üle jõu käiv, kuid mitte kõik ei nõustunud.
"See on natuke eksiarvamus, et kvantfüüsika on füüsika ja see on liiga keeruline," ütleb IonQ tegevjuht ja kaasasutaja Chris Monroe Business Insiderile. "Paljude inimeste jaoks muudab selle arusaamatuks see, et see on arusaamatu, kuid see on minu jaoks sama arusaamatu kui teie jaoks." Kui miski võib olla superpositsioonis, tähendab see, et see võib olla korraga kahes olekus. See on kummaline, sest me ei koge seda pärismaailmas."
Arvutid, mida kasutasime, kuvavad andmeid 1-de või 0-de stringina, mida nimetatakse kahendkoodiks. Kvantarvuti võib aga esitada andmeid 1, 0 või, mis kõige tähtsam, mõlema numbrina korraga.
Kui süsteem võib olla korraga rohkem kui ühes olekus, nimetatakse seda superpositsiooniks, mis on üks näiliselt maagilisi kvantarvutite omadusi. Teine põhiprintsiip on siin "põimumine", mis on kvantomadus, mis võimaldab kahel osakesel täiuslikus sünkroonis liikuda, olenemata sellest, kui kaugele nad on füüsiliselt eraldatud.
Nagu selgitab Scientific Americanis loovad need kaks omadust koos arvuti, mis suudab korraga töödelda palju rohkem andmeid kui ükski tänapäeval turul olev süsteem.
Kvantarvuti võimsust mõõdetakse kubitites, mis on kvantarvuti põhimõõtühik. Nii nagu tänapäevastel arvutitel on 32-bitised või 64-bitised protsessorid (mõõt, kui palju andmeid nad korraga töödelda suudavad), on rohkemate kubitidega kvantarvuti töötlemisvõimsus oluliselt suurem.
Kvantarvuti sees. Foto: IBM
Taevas on limiidiks
Kõik see tähendab, et kvantarvuti suudab lahendada probleeme, mida varem piiras arvutusvõimsus.
Näiteks võib kvantarvuti toorelt lahendada kuulsa reisiva müügimehe probleemi, keeruka arvutusprobleemi, mis nõuab enne koju naasmist lühima tee leidmist mitme linna vahel. See kõlab lihtsalt, kuid kui vaatate seda matemaatiliselt, muutub üksiku optimaalse tee leidmine keerulisemaks, kui lisate selle marsruudile rohkem linnu.
Samuti võib kvantarvuti läbida kõige keerulisemad ja aeganõudvamad probleemid, sõeludes läbi tohutul hulgal finants-, farmaatsia- või kliimaandmeid, et leida optimaalseid lahendusi. Tõepoolest, kvantidufirma D-Wave teeb juba koostööd Volkswageniga, et analüüsida sõidumustreid ja sõeluda läbi tohutul hulgal müra, et jõuda asjade põhja.
Arutatakse selle kasulikkust krüptograafia valdkonnas. Kvantarvuti on võimeline valdama varem tuntud šifrist erinevat krüpteerimismeetodit, mis võimaldab hõlpsasti dešifreerida isegi riigisaladusi. Ülemaailmsed valitsused tunnevad selle kasuliku funktsiooni vastu suurt huvi, samas kui aktivistid kardavad, et kvantarvutite tulek võib privaatsust hävitada.
Füüsika probleem
"Kuna kvantarvuti on alles algusjärgus, on palju teavet, mida pole veel tõestatud," ütles Gartneri teadus- ja arendustegevuse asepresident Matthew Briss. "Kuid ostjad otsivad juba rakendusi, et määrata kindlaks kvantarvutite konkurentsieelised oma ettevõtte jaoks," ütleb ta.
Vaatamata kõmudele usuvad eksperdid, et kvantarvutid on juhtpositsioonist sama kaugel kui arvutid 1950. aastatel. Muidugi saavad nad hoogu juurde, kuid aeglaselt.
"Kvantarvutust saab võrrelda aeglaselt liikuva rongiga," ütles Forresteri asepresident ja peaanalüütik Brian Hopkins Business Insiderile. "Kui ta liigub ühe tolli sekundis, siis kuu aja pärast liigub ta juba kaks tolli sekundis." Üsna varsti hakkab ta kiiremini liikuma."
Praegu on suur probleem see, et kvantarvuti ei suuda teha midagi, mida klassikaline arvuti ei suudaks. Tööstus ootab hetke, mida nimetatakse kvantülimustuseks, mil kvantarvutid ületavad praegusi piiranguid.
"Kui kliendid meie juurde tulevad, siis peamine asi, mida nad meile ütlevad, on see, et neid ei huvita, milline mudel see on, kui see on nende ettevõtte jaoks kasulik," ütleb analüütik Briss. — Pole ühtegi mudelit, mis ületaks klassikalisi algoritme. Peame tõesti ootama, kuni kvantarvuti riistvara hakkab paranema.
IBM-i teadur Katie Pooley uurib krüostaati, mis aitab kvantarvutitel hoida madalal temperatuuril. Foto: Andy Aaron, IBM
Suureks probleemiks jääb arvutusvõimsuse puudumine. Eeldatakse, et kvantide ülimuslikkuse saavutamiseks on vaja arvutit, mille võimsus on 50 kubitti. Kuigi see verstapost on laboris saavutatud, ei ole see püsiv ja seda ei saa säilitada. Tõepoolest, kubitid võivad olla nii vigased kui ka ebastabiilsed, mis põhjustab probleeme nende genereerimisel ja vähendab nende potentsiaali.
Teine oluline tegur on rohkem materjali. Kvantarvutid peavad töötamiseks olema keskkonnast täielikult isoleeritud ja vajavad väga madalaid temperatuure. Isegi väikseimad vibratsioonid võivad põhjustada kubitide kokkuvarisemist, paiskades need superpositsioonist välja, nii nagu lauale koputav laps põhjustab keerlevate müntide lauale kukkumise.
Varasemad kvantarvutid, nagu IBM Q System One, on nii mahukad, et vajalikud isolatsiooni- ja jahutustingimused muutuvad tõeliseks väljakutseks. Seda probleemi süvendab aga vajalike komponentide – ülijuhtivate kaablite ja madala temperatuuriga külmikute – nappus. Nendest on tõsine puudus.
Lõppkokkuvõttes tähendab see, et kuigi teadmised paranevad ja tehnoloogia areneb, ei ole kvantarvutite kasutamine endiselt praktiliselt teostatav.
"Minu töörühma üks väljakutseid on materjalide, räni ja metallidega manipuleerimine, et saaksime luua väga homogeense keskkonna," ütles Inteli Clark. - See on põhimõtteliselt parim pooljuhttehnoloogia. Tehnoloogiad, mida me vajame kvantarvutuse mastaabis loomiseks, pole veel olemas.
Teine probleem on see, et kvantarvutitel on vaieldamatu potentsiaal pakkuda ettenägematut arvutusvõimsust. Siiski pole siin maailmas palju inimesi, kellel on nende süsteemide programmeerimise või kasutamise kogemus, ja potentsiaalsed ostjad on lummatud, kui nad püüavad välja mõelda, kuidas seda tegelikult kasutada.
Suur kvantvõistlus
Analüütikud ütlevad, et IBM juhib praegu kvantarvutite võidujooksu tänu IBM Q System One piiratud kaubanduslikule saadavusele. Kuna sellele pääseb juurde pilve kaudu, saab IBM säilitada need eritingimused, et see kvantarvuti toimiks, võimaldades samal ajal valitud klientidel seda kasutada.
"Ma arvan, et [IBM-i kvantarvuti] rokib," ütles analüütik Briss. "Ma arvan, et kvantarvutus kui teenindusmudel on õige mudel." Pannes selle konteinerisse ja töödeldes seda spetsiaalselt, püüavad nad tõesti selle kvaliteeti parandada.
IBM-i Sarah Sheldon ja Pat Gumann töötavad lahustuskülmiku kallal, mis jahutab kvantarvuteid. Foto: IBM
Samas märgivad analüütikud, et iga tegija sellel turul võib igal hetkel saavutada läbimurde, mis võimaldab tal edasi pääseda, ja see on siiski vajalik rivaalitsemine.
Erinevad IT-hiiglased lähenevad sellele probleemile erinevalt. Intel, IBM, Google ja kvantandmetöötluse idufirma Rigetti ehitavad ülijuhtivatel ahelatel põhinevaid süsteeme, mida toidavad tipptasemel superarvutid.
kasutab parema kubiti loomisel täiesti teistsugust ja võib-olla riskantsemat lähenemist. Topoloogiline kubit, mida Microsoft üritab luua, killustab elektrone, et salvestada teavet korraga mitmesse kohta, muutes selle stabiilsemaks ja vähem hävimisohtlikuks. Analüütik Hopkins ütles, et see on vähem vastupidav kui see, mida tema konkurendid üritavad ehitada, kuid tulemus oleks suur samm edasi kogu kvantarvutite valdkonnas.
"Nad mängivad hasartmängus ja paljud inimesed arvavad, et neil ei õnnestu kunagi," ütles Hopkins.
Seikluslikuma poole pealt panustavad idufirmad nagu IonQ ja D-Wave tipptasemel tehnoloogiatele, nagu ioonide püüdmine ja kvantlõõmutamine. Lihtsamalt öeldes püüavad nad erinevatel viisidel saavutada iga kubiti suuremat jõudlust ja stabiilsust, kasutades täiesti uusi meetodeid.
"See võimaldab meil ehitada kvantarvuti, mis lahendab keerulisi probleeme ja edeneb selles pidevalt," ütles D-Wave'i protsessorite ja kvanttoodete disaini ja arenduse asepresident Mark Johnson Business Insiderile.
IBMi kvantteadlane jalutab läbi IBM Q arvutuskeskuse Thomas J. Watsoni uurimiskeskuses Yorktown Heightsis, New Yorgis. Foto: Connie Zhou IBM-i jaoks
Kvant-idufirmad
Kvantarvutite kasv on tekitanud investorite huvi seotud idufirmade vastu. IBM-i Robert Sutori hinnangul on üle maailma umbes 100 kvanttarkvara, riistvara ja isegi nõustamisettevõtet. See on tohutu startup-turuga võrreldes väike, kuid palju suurem kui varem.
"Olen selles ruumis olnud pikka aega, algusest peale," ütles IonQ Monroe. — Pikka aega oli see lapsekingades, kuni 5-8 aastat tagasi äratas tähelepanu ja tõmbas tohutuid investeeringuid. Sai selgeks, et aeg on käes.”
Chris Monroe, kvantarvutite idufirma IonQ tegevjuht ja kaasasutaja. Foto: IonQ
Mõned, nagu Rigetti, on valmis tehniliste titaanidega suhtlema, kellel on oma kvantkiibid ja keerukad kvantarvutussüsteemid.
"See on meie äri tuum," ütles Rigetti tooteosakonna asepresident Betsy Masiello Business Insiderile. — Kvantruumis on palju ettevõtteid, kes tegelevad kvantarvutuse valdkonna tarkvararakendustega. Toodame mikrokiipe ja ehitame arvutussüsteeme.
Maverick Venturesi tegevdirektor Matthew Kinsella ütleb, et ta on kvantarvutite valdkonnas bullish. Tema ettevõte on jõudnud nii kaugele, et investeerib ColdQuantasse, mis toodab kvantsüsteemides kasutatavaid seadmeid. Ta loodab, et kvantarvutid ületavad tänapäeva süsteeme viie kuni kümne aasta jooksul. Maverick Ventures panustab pikaajalisele.
"Ma tõesti usun kvantarvutusse, kuigi võib kuluda oodatust kauem aega, enne kui kvantarvuti muutub igapäevaste probleemide lahendamiseks traditsioonilisest arvutist paremaks. Tõenäoliselt näeme järgmise paari aasta jooksul kvantarvutite eeliseid väikesemahuliste probleemide lahendamisel, ”ütles Kinsella.
D-Wave'i 2000Q Systemsi laborid. Foto: D-Wave
Kinsella, nagu ka analüütikud, kellega me rääkisime, ootab niinimetatud "kvanttalve". Eksperdid hoiatavad, et kvantarvutite ümber võib olla kära, kuid inimesed saavad oma lootusi üles. Masinad pole veel täiuslikud ja läheb aastaid, enne kui investorid tulemusi näevad.
Perspektiivis
Eksperdid kinnitavad meile, et isegi väljaspool kvantülemvõimu, traditsioonilistele arvutitele ja superarvutitele on endiselt koht. Kuni selle ajani on veel kulu, suurus, töökindlus ja töötlemisvõimsus probleemid, mis tuleb lahendada, enne kui saame seda arutada.
"Peame hinge tõmbama," ütles analüütik Briss. "Selles valdkonnas toimub palju põnevat, mis võtab aega." See on füüsika, arvutiteaduse ja ausalt öeldes teadusliku analüüsi konglomeraat. Me ei peaks seda uurima, kui teaksime kõiki vastuseid, kuid ees on palju uurimistööd."
Rigetti kvantarvuti. Foto: Rigetti
Paljude jaoks on aga selge, et see on tulevik. Nii nagu esimese suurarvuti tegijad ei mõistnud, et see toob lõpuks kaasa rohkem peopesasuurusi nutitelefone. Kvantarvuti võib olla esimene samm täiesti uuel teel.
Vähesed, nagu Microsofti ettevõtte üldjuhtimise asepresident Todd Holmdahl, on piisavalt optimistlikud, et öelda, et see võib olla olulisem kui tehisintellekt ja masinõpe tänapäeval. Ta ütles oma lastele, et nad peaksid tegema seda, millest nad on kirglikud, ja et nad võiksid alati tehisintellekti alal tööd saada. Nüüd ütleb ta sama kvantarvutuse kohta.
“See on valdkond, mis areneb. Vajame inimesi, kes seda täidaksid ja ära närtsiksid, ”ütles Holmdahl. "See mängib meie põlvkonnas olulist rolli, andes meile võimaluse luua tulevikus hämmastavaid asju."
Allikas: www.habr.com