Jim Clark, Intelin kvanttilaitteiston johtaja, jolla on yksi yhtiön kvanttiprosessoreista. Kuva; Intel
- Kvanttitietokoneet ovat äärimmäisen jännittävä tekniikka, jolla on lupaus luoda tehokkaita laskentaominaisuuksia aiemmin vaikeasti ratkaistujen ongelmien ratkaisemiseksi.
- Asiantuntijoiden mukaan IBM on johtanut tietä kvanttilaskentaan, minkä vuoksi Google, Intel, Microsoft ja joukko startup-yrityksiä ovat sen vaikutuksen alaisia.
- Sijoittajat houkuttelevat kvanttilaskentaa aloittavat yritykset, kuten IonQ, ColdQuanta, D-Wave Systems ja Rigetti, jotka voivat häiritä markkinoita.
- Siinä on kuitenkin saalis: nykyaikaiset kvanttitietokoneet eivät yleensä ole yhtä tehokkaita tai luotettavia kuin nykypäivän supertietokoneet, ja ne vaativat myös erityisiä olosuhteita käynnistyäkseen ja käynnistykseen.
Tammikuussa IBM teki loiston julkistaessaan IBM Q System Onen, maailman ensimmäisen yrityskäyttöön tarkoitetun kvanttitietokoneen. Laite oli sijoitettu tyylikkääseen lasikoteloon, jonka tilavuus oli 9 kuutiojalkaa.
Tämä on tärkeä virstanpylväs kvanttitietokoneille, jotka sijaitsevat edelleen tutkimuslaboratorioissa. IBM:n mukaan ostajat haluavat jo saada käsiinsä teknologiaa, joka näyttää lupaavalta useilla aloilla: kemiassa, materiaalitieteessä, elintarviketeollisuudessa, ilmailussa, lääkekehityksessä, osakemarkkinoiden ennustamisessa ja jopa ilmastonmuutoksessa.
IBM Q System One. Valokuva: IBM
Syynä innostukseen on se, että kvanttitietokoneella on näennäisesti maagisia ominaisuuksia, joiden ansiosta se pystyy käsittelemään eksponentiaalisesti enemmän tietoa kuin perinteinen järjestelmä. Kvanttitietokone ei ole vain erittäin nopea tietokone, vaan se on täysin erilainen laskentaparadigma, joka vaatii radikaalia uudelleenajattelua.
Teknologiakilpailun voittaja on yritys, joka hyödyntää tämän teknologian tarjoamia mahdollisuuksia. IBM, Microsoft, Google ja muut teknologiajätit sekä startup-yritykset lyövät vetoa tästä tekniikasta.
Business Insider kysyi IBM Q -strategia- ja ekosysteemijohtaja Bob Sutorilta, kuinka nämä järjestelmät saataisiin ihmisten saataville: Miten ihmiset pääsevät niihin käsiksi? Kuinka monet ihmiset voivat oppia käyttämään kvanttitietokoneita tehtäviensä suorittamiseen?
On vähän mahdollisuuksia nähdä kvanttitietokoneita toimistossa lähiaikoina. Asiantuntijat, joiden kanssa puhuimme, uskovat, että vaikka se on IBM:n saatavilla, kestää vielä viisi tai kymmenen vuotta ennen kuin kvanttilaskenta todella iskee valtavirtaan. IBM Q System One on tällä hetkellä saatavilla vain pilvipalveluna valituille asiakkaille. Kestää jonkin aikaa, ennen kuin ihmiset voivat ostaa jotain tällaista ja laittaa sen toimimaan omiin tarkoituksiinsa.
Asiantuntijat sanovatkin, että kvanttitietokoneet ovat lupaavia, mutta ne ovat kaukana massatuotannosta. Ne ovat erittäin hauraita ja vaativat erityisiä olosuhteita toimiakseen. Lisäksi kvanttitietokoneet eivät nykyään ole yhtä luotettavia tai tehokkaita kuin jo olemassa olevat tietokoneet.
"Uskomme, että noin kymmenen vuoden kuluttua kvanttitietokone muuttaa elämäsi tai minun", Intelin kvanttilaitteiston johtaja Jim Clark kertoi Business Insiderille. – Itse asiassa olemme nyt vasta maratonin ensimmäisessä mailissa. Se ei tarkoita, että emme olisi siitä huolissamme."
Mikä on kvanttitietokone?
Bill Gates sanoi kerran, että kvantin takana oleva matematiikka oli hänen ymmärryksensä ulkopuolella, mutta kaikki eivät olleet samaa mieltä.
"On hieman väärä käsitys, että kvanttifysiikka on fysiikkaa ja se on liian monimutkaista", IonQ:n toimitusjohtaja ja toinen perustaja Chris Monroe kertoo Business Insiderille. "Se, mikä tekee siitä käsittämättömän monille ihmisille, on se, että se on käsittämätöntä, mutta se on minulle yhtä käsittämätöntä kuin sinulle." Jos jokin voi olla superpositiossa, se tarkoittaa, että se voi olla kahdessa tilassa samanaikaisesti. Se on outoa, koska emme koe tätä todellisessa maailmassa."
Käyttämämme tietokoneet näyttävät tiedot 1- tai 0-merkkijonona, jota kutsutaan binäärikoodiksi. Kvanttitietokone voi kuitenkin esittää dataa 1, 0 tai mikä tärkeintä, molempina numeroina samanaikaisesti.
Kun järjestelmä voi olla useammassa kuin yhdessä tilassa samanaikaisesti, sitä kutsutaan "superpositioksi", joka on yksi kvanttilaskennan näennäisesti maagisista ominaisuuksista. Toinen keskeinen periaate tässä on "kietoutuminen", joka on kvanttiominaisuus, jonka avulla kaksi hiukkasta voivat liikkua täydellisessä tahdissa riippumatta siitä, kuinka kaukana toisistaan ne ovat fyysisesti erotettuja.
Kuten selitetään Scientific Americanissa nämä kaksi ominaisuutta yhdistävät tietokoneen, joka pystyy käsittelemään paljon enemmän dataa samanaikaisesti kuin mikään muu markkinoilla oleva järjestelmä.
Kvanttitietokoneen teho mitataan kubiiteina, kvanttitietokoneen perusmittayksikkönä. Aivan kuten nykyaikaisissa tietokoneissa on 32- tai 64-bittiset prosessorit (mitta kuinka paljon dataa ne pystyvät käsittelemään kerralla), kvanttitietokoneella, jossa on enemmän kubittejä, on huomattavasti enemmän prosessointitehoa.
Kvanttitietokoneen sisällä. Valokuva: IBM
Taivas on rajana
Kaikki tämä tarkoittaa, että kvanttitietokone voi ratkaista ongelmia, joita laskentateho aiemmin rajoitti.
Esimerkiksi kvanttitietokone voisi karkeasti ratkaista kuuluisan matkustava myyjä -ongelman, monimutkaisen laskennallisen ongelman, joka edellyttää lyhimmän reitin löytämistä useiden kaupunkien välillä ennen kotiinpaluuta. Se kuulostaa yksinkertaiselta, mutta jos katsot sitä matemaattisesti, yksittäisen optimaalisen polun löytäminen vaikeutuu, kun lisäät sen reitille uusia kaupunkeja.
Samoin kvanttitietokone voisi kahlata vaikeimpien ja aikaavievimpien ongelmien läpi seulomalla valtavia määriä talous-, lääke- tai ilmastotietoja löytääkseen optimaalisia ratkaisuja. Itse asiassa kvanttikäynnistysyritys D-Wave tekee jo yhteistyötä Volkswagenin kanssa analysoidakseen ajotapoja ja seuloakseen valtavia määriä melua päästäkseen asioiden ytimeen.
Sen hyödyllisyydestä kryptografian alalla keskustellaan. Kvanttitietokone pystyy hallitsemaan aiemmin tunnetusta salauksesta poikkeavan salausmenetelmän, jonka avulla se pystyy helposti purkamaan jopa valtiosalaisuudet. Maailman hallitukset ovat erittäin kiinnostuneita tästä hyödyllisestä ominaisuudesta, kun taas aktivistit pelkäävät, että kvanttitietokoneiden tulo voi tuhota yksityisyyden.
Fysiikan ongelma
"Koska kvanttilaskenta on vielä alkuvaiheessa, on paljon tietoa, jota ei ole todistettu", sanoi Matthew Briss, Gartnerin tutkimus- ja kehitysjohtaja. "Mutta ostajat etsivät jo sovelluksia kvanttilaskennan kilpailuedujen määrittämiseksi yritykselleen", hän sanoo.
Kaikesta hypetystä huolimatta asiantuntijat uskovat, että kvanttitietokoneet ovat yhtä kaukana johtajuudesta kuin PC:t 1950-luvulla. Tietysti ne kiihtyvät, mutta hitaasti.
"Kvanttilaskentaa voidaan verrata hitaasti liikkuvaan junaan", Forresterin varatoimitusjohtaja ja pääanalyytikko Brian Hopkins kertoi Business Insiderille. "Jos hän liikkuu tuuman sekunnissa, niin kuukauden kuluttua hän liikkuu jo kaksi tuumaa sekunnissa." Pian hän alkaa liikkua nopeammin."
Suuri ongelma nyt on, että kvanttitietokone ei pysty tekemään mitään, mitä klassinen tietokone ei pystyisi tekemään. Teollisuus odottaa hetkeä nimeltä kvanttiylivalta, jolloin kvanttitietokoneet ylittävät nykyiset rajoitukset.
"Kun asiakkaat tulevat meille, tärkein asia, mitä he kertovat meille, on, että he eivät välitä siitä, mikä malli on kyseessä, kunhan siitä on hyötyä heidän liiketoiminnalleen", sanoo analyytikko Briss. — Ei ole olemassa mallia, joka voisi toimia paremmin kuin klassiset algoritmit. Meidän on todella odotettava, kunnes kvanttitietokonelaitteisto alkaa kehittyä.
IBM:n tutkija Katie Pooley tutkii kryostaattia, joka auttaa kvanttitietokoneita pitämään lämpötilansa alhaisina. Kuva: Andy Aaron, IBM
Suurin ongelma on edelleen laskentatehon puute. Oletetaan, että kvanttiylivalta vaatii tietokoneen, jonka teho on 50 kubittiä. Vaikka tämä virstanpylväs on saavutettu laboratoriossa, se ei ole pysyvä eikä sitä voida ylläpitää. Itse asiassa kubitit voivat olla sekä virheellisiä että epävakaita, mikä johtaa ongelmiin niiden luomisessa ja vähentää niiden potentiaalia.
Toinen tärkeä tekijä on enemmän materiaalia. Kvanttitietokoneet on eristettävä täysin ympäristöstään toimiakseen ja vaativat erittäin alhaisia lämpötiloja. Pienimmätkin värähtelyt voivat saada kubitit romahtamaan ja heittämään ne pois päällekkäisyydestä, aivan kuten pöytää koputtava lapsi saa pyöriviä kolikoita putoamaan pöydälle.
Aiemmat kvanttitietokoneet, kuten IBM Q System One, ovat niin isoja, että tarvittavat eristys- ja jäähdytysolosuhteet ovat todellinen haaste. Tätä ongelmaa pahentaa tarvittavien komponenttien puute: suprajohtavat kaapelit ja matalalämpötilaiset jääkaapit. Heistä on kova pula.
Loppujen lopuksi tämä tarkoittaa, että vaikka tieto paranee ja tekniikka kehittyy, kvanttilaskenta ei ole vieläkään käytännössä mahdollista.
"Yksi työryhmäni haasteista on käsitellä materiaaleja, piitä ja metalleja, jotta voimme luoda hyvin homogeenisen ympäristön", Intelin Clark sanoi. - Tämä on pohjimmiltaan parasta puolijohdetekniikkaa. Teknologioita, joita tarvitsemme luodaksemme mittakaavassa kvanttilaskentaa, ei vielä ole olemassa."
Toinen ongelma on, että kvanttitietokoneilla on kiistaton potentiaali tarjota odottamatonta laskentatehoa. Tässä maailmassa ei kuitenkaan ole monia ihmisiä, joilla on kokemusta näiden järjestelmien ohjelmoinnista tai käyttämisestä, ja potentiaaliset ostajat ovat kiehtovia yrittäessään selvittää, kuinka sitä todella käytetään.
Suuri kvanttikilpailu
Analyytikot sanovat, että IBM johtaa tällä hetkellä kvanttilaskentakilpailua IBM Q System Onen rajoitetun kaupallisen saatavuuden ansiosta. Koska sitä käytetään pilven kautta, IBM voi ylläpitää näitä erityisehtoja pitääkseen tämän kvanttitietokoneen toiminnassa samalla, kun valitut asiakkaat voivat käyttää sitä.
"Luulen, että [IBM:n kvanttitietokone] rokkaa", sanoi analyytikko Briss. "Mielestäni kvanttilaskenta palvelumallina on oikea malli." Laittamalla se säiliöön ja käsittelemällä sitä erityisesti, he todella yrittävät parantaa sen laatua.
IBM:n Sarah Sheldon ja Pat Gumann työskentelevät liukenemisjääkaapin parissa, joka jäähdyttää kvanttitietokoneita. Valokuva: IBM
Samanaikaisesti analyytikot huomauttavat, että mikä tahansa näiden markkinoiden toimija voi saada läpimurron milloin tahansa, mikä mahdollistaa sen pääsemisen eteenpäin, ja että tämä on edelleen välttämätön kilpailu.
Eri IT-jättiläiset lähestyvät tätä ongelmaa eri tavalla. Intel, IBM, Google ja kvanttilaskennan startup Rigetti rakentavat suprajohtaviin piireihin perustuvia järjestelmiä, jotka toimivat huippuluokan supertietokoneilla.
ottaa täysin erilaisen ja ehkä riskialttiimman lähestymistavan yrittäessään luoda parempaa kubittia. Topologinen kubitti, jota Microsoft yrittää luoda, sirpaloi elektroneja tallentaakseen tietoa useisiin paikkoihin kerralla, mikä tekee siitä vakaamman ja vähemmän altis tuhoutumiselle. Se on vähemmän vankka kuin mitä sen kilpailijat yrittävät rakentaa, mutta tulos olisi suuri askel eteenpäin koko kvanttilaskenta-alalla, analyytikko Hopkins sanoi.
"He ovat uhkapelissä ja monet ihmiset ajattelevat, että he eivät koskaan onnistu", Hopkins sanoi.
Seikkailunhaluisemmalla puolella startupit, kuten IonQ ja D-Wave, lyövät vetoa huipputeknologioista, kuten ioniloukusta ja kvanttihehkutuksesta. Yksinkertaisesti sanottuna he yrittävät eri tavoilla saavuttaa parempaa suorituskykyä ja vakautta jokaisesta kubitista täysin uusilla menetelmillä.
"Tämän avulla voimme rakentaa kvanttitietokoneen, joka ratkaisee monimutkaisia ongelmia ja edistyy jatkuvasti siinä", Mark Johnson, D-Waven prosessori- ja kvanttituotesuunnittelusta ja -kehityksestä vastaava varajohtaja, kertoi Business Insiderille.
IBM:n kvanttitutkija kävelee IBM Q Computing Centerin läpi Thomas J. Watson Research Centerissä Yorktown Heightsissa New Yorkissa. Kuva: Connie Zhou IBM:lle
Quantum Startupit
Kvanttilaskennan kasvu on herättänyt sijoittajien kiinnostuksen aallon vastaavia startup-yrityksiä kohtaan. IBM:n Robert Sutor arvioi, että ympäri maailmaa on noin 100 kvanttiohjelmistoa, -laitteistoa ja jopa konsultointiyritystä. Tämä on pieni verrattuna valtaviin startup-markkinoihin, mutta paljon suurempi kuin ennen.
"Olen ollut tässä tilassa pitkään, alusta asti", sanoi IonQ:n Monroe. — Pitkään se oli lapsenkengissään, kunnes 5-8 vuotta sitten se herätti huomiota ja houkutteli suuria investointeja. Kävi selväksi, että sen aika oli tullut."
Chris Monroe, IonQ:n kvanttilaskenta-startupin toimitusjohtaja ja perustaja. Valokuva: IonQ
Jotkut, kuten Rigetti, ovat valmiita tapaamaan varpaisiin teknisiä titaaneja omilla kvanttisiruillaan ja kehittyneillä kvanttilaskentajärjestelmillään.
"Se on liiketoimintamme ydin", Rigettin tuotejohtaja Betsy Masiello kertoi Business Insiderille. — Kvanttiavaruudessa on monia yrityksiä, jotka työskentelevät kvanttilaskentaan liittyvien ohjelmistosovellusten parissa. Tuotamme mikrosiruja ja rakennamme laskentajärjestelmiä."
Matthew Kinsella, Maverick Venturesin toimitusjohtaja, sanoo olevansa nousujohteinen kvanttilaskenta-alalla. Hänen yrityksensä on mennyt niin pitkälle, että se on sijoittanut ColdQuantaan, yritykseen, joka valmistaa kvanttijärjestelmissä käytettäviä laitteita. Hän odottaa kvanttitietokoneiden toimivan paremmin kuin nykyiset järjestelmät 5–10 vuodessa. Maverick Ventures lyö vetoa pitkällä aikavälillä.
”Uskon todella kvanttilaskentaan, vaikka saattaa kestää odotettua kauemmin, ennen kuin kvanttitietokoneesta tulee perinteistä tietokonetta parempi jokapäiväisten ongelmien ratkaisemiseen. Näemme todennäköisesti seuraavien vuosien aikana kvanttitietokoneiden hyödyt pienten ongelmien ratkaisemisessa", Kinsella sanoi.
D-Waven 2000Q Systems -laboratoriot. Kuva: D-Wave
Kinsella, kuten analyytikot, joiden kanssa puhuimme, odottaa niin sanottua "kvanttitalvea". Kvanttitietokoneiden ympärillä voi olla hypeä, mutta ihmiset ovat saaneet toiveensa heräämään, asiantuntijat varoittavat. Koneet eivät ole vielä täydellisiä, ja kestää vuosia ennen kuin sijoittajat näkevät tuloksia.
Näkökulmassa
Asiantuntijat vakuuttavat meille, että jopa kvanttiylivallan ulkopuolella on tilaa perinteisille tietokoneille ja supertietokoneille. Siihen asti on vielä kustannuksia, kokoa, luotettavuutta ja prosessointitehoa koskevia kysymyksiä selvitettävä ennen kuin voimme keskustella niistä.
"Meidän täytyy vetää henkeä", sanoi analyytikko Briss. "Tällä alueella tapahtuu paljon jännittäviä asioita, jotka vievät aikaa." Se on fysiikan, tietojenkäsittelytieteen ja suoraan sanottuna tieteellisen analyysin yhdistelmä. Meidän ei tarvitsisi tutkia tätä, jos tietäisimme kaikki vastaukset, mutta edessä on paljon tutkimustyötä."
Rigetti kvanttitietokone. Kuva: Rigetti
Monille on kuitenkin selvää, että tämä on tulevaisuutta. Aivan kuten ensimmäisen keskustietokoneen valmistajat eivät tienneet, että tämä johtaisi lopulta kämmenen kokoisiin älypuhelimiin. Kvanttitietokone voisi olla ensimmäinen askel täysin uudella polulla.
Harvat, kuten Microsoftin hallintojohtaja Todd Holmdahl, ovat tarpeeksi optimistisia sanoakseen, että se voisi olla tärkeämpää kuin tekoäly ja koneoppiminen nykyään. Hän kertoi lapsilleen, että heidän pitäisi tehdä sitä, mistä he ovat intohimoisia ja että he voisivat aina saada töitä tekoälyn parissa. Nyt hän sanoo saman kvanttilaskennasta.
”Tämä on alue, joka tulee kehittymään. Tarvitsemme ihmisiä täyttämään sen ja pitämään sen kuihtumasta pois”, Holmdahl sanoi. "Sillä on tärkeä rooli sukupolvessamme, ja se antaa meille mahdollisuuden luoda uskomattomia asioita tulevaisuudessa."
Lähde: will.com