Jim Clark, direktor kvantnog hardvera u Intelu, s jednim od kvantnih procesora te tvrtke. Fotografija; Intel
- Kvantna računala iznimno su uzbudljiva tehnologija koja obećava stvaranje snažnih računalnih sposobnosti za rješavanje prethodno nerješivih problema.
- Stručnjaci kažu da je IBM prednjačio u kvantnom računalstvu, zbog čega su Google, Intel, Microsoft i mnoštvo startupa pod njegovim utjecajem.
- Ulagače privlače startupovi za kvantno računalstvo, uključujući IonQ, ColdQuanta, D-Wave Systems i Rigetti, koji bi mogli poremetiti tržište.
- Međutim, postoji kvaka: moderna kvantna računala općenito nisu tako moćna ili pouzdana kao današnja superračunala, a također zahtijevaju posebne uvjete za pokretanje i pokretanje.
U siječnju je IBM napravio valove kada je najavio IBM Q System One, prvo kvantno računalo na svijetu dostupno za poslovanje. Uređaj je bio smješten u elegantnu staklenu kutiju s volumenom od 9 kubičnih stopa.
Ovo je važna prekretnica za kvantna računala, koja se još uvijek nalaze u istraživačkim laboratorijima. Prema IBM-u, kupci već traže da se dočepaju tehnologije, koja obećava u raznim područjima: kemiji, znanosti o materijalima, proizvodnji hrane, zrakoplovstvu, razvoju lijekova, predviđanju tržišta dionica, pa čak i klimatskim promjenama.
IBM Q System One. Fotografija: IBM
Razlog uzbuđenja je to što kvantno računalo ima naizgled čarobna svojstva koja mu omogućuju da obrađuje eksponencijalno više informacija od konvencionalnog sustava. Kvantno računalo nije samo vrlo brzo računalo, točnije, to je potpuno drugačija računalna paradigma koja zahtijeva radikalno promišljanje.
Pobjednik u tehnološkoj utrci bit će tvrtka koja iskoristi mogućnosti koje ova tehnologija pruža. IBM, Microsoft, Google i drugi tehnološki divovi, ali i startupovi, klade se na ovu tehnologiju.
Business Insider pitao je potpredsjednika IBM Q strategije i ekosustava Boba Sutora o tome kako ove sustave učiniti dostupnima ljudima: Kako će im ljudi pristupati? Kako mnogi ljudi mogu naučiti koristiti kvantna računala za obavljanje svojih zadataka?
Male su šanse da ćemo uskoro vidjeti kvantna računala u uredu. Stručnjaci s kojima smo razgovarali vjeruju da će, unatoč tome što je dostupno IBM-u, proći još pet do deset godina prije nego što kvantno računalstvo doista postane popularno. IBM Q System One trenutno je dostupan samo kao usluga računalstva u oblaku odabranim korisnicima. Proći će neko vrijeme prije nego što ljudi mogu kupiti nešto ovakvo i staviti ga u funkciju za vlastite potrebe.
Doista, stručnjaci kažu da kvantna računala mnogo obećavaju, ali su daleko od masovne proizvodnje. Izuzetno su krhke i zahtijevaju posebne uvjete za rad. Štoviše, kvantna računala danas nisu toliko pouzdana niti moćna kao računala koja već imamo.
“Vjerujemo da će za desetak godina kvantno računalo promijeniti vaš ili moj život,” rekao je Jim Clark, direktor kvantnog hardvera u Intelu, za Business Insider. — Zapravo, tek smo u prvoj milji maratona. To ne znači da nismo zabrinuti zbog toga."
Što je kvantno računalo?
Bill Gates je jednom rekao da je matematika koja stoji iza kvantne teorije izvan njegovog razumijevanja, ali nisu se svi složili.
"Pomalo je pogrešno mišljenje da je kvantna fizika fizika i da je previše komplicirana", rekao je Chris Monroe, izvršni direktor i suosnivač IonQ-a, za Business Insider. “Ono što ga mnogima čini neshvatljivim je to što je neshvatljiv, ali meni je neshvatljiv kao i vama.” Ako nešto može biti u superpoziciji, to znači da može biti u dva stanja istovremeno. Čudno je jer ovo ne doživljavamo u stvarnom svijetu."
Računala koja smo koristili prikazuju podatke kao niz jedinica ili nula koji se naziva binarni kod. Međutim, kvantno računalo može prikazati podatke kao 1, 0 ili, što je najvažnije, oba broja u isto vrijeme.
Kada sustav može biti u više od jednog stanja u isto vrijeme, to se naziva "superpozicija", jedno od naizgled čarobnih svojstava kvantnog računalstva. Drugo ključno načelo ovdje je "isprepletenost", što je kvantno svojstvo koje omogućuje dvjema česticama da se kreću savršeno sinkronizirano, bez obzira na to koliko su fizički udaljene.
Kako se objašnjava u Scientific Americanu, ove dvije kvalitete kombiniraju se kako bi se stvorilo računalo koje može obraditi mnogo više podataka istovremeno od bilo kojeg sustava na današnjem tržištu.
Snaga kvantnog računala mjeri se u kubitima, osnovnoj mjernoj jedinici u kvantnom računalu. Baš kao što moderna računala imaju 32-bitne ili 64-bitne procesore (mjera koliko podataka mogu obraditi odjednom), kvantno računalo s više qubita ima znatno veću procesorsku snagu.
Unutar kvantnog računala. Fotografija: IBM
Nebo je granica
Sve to znači da kvantno računalo može riješiti probleme koji su prije bili ograničeni računalnom snagom.
Na primjer, kvantno računalo moglo bi grubo riješiti poznati problem trgovačkog putnika, složen računalni problem koji zahtijeva pronalaženje najkraće rute između više gradova prije povratka kući. Zvuči jednostavno, ali ako na to gledate matematički, pronalaženje jedinstvene optimalne staze postaje sve teže kako ruti dodajete više gradova.
Isto tako, kvantno računalo moglo bi se probijati kroz najzahtjevnije probleme koji oduzimaju najviše vremena, prebirući goleme količine financijskih, farmaceutskih ili klimatskih podataka kako bi pronašlo optimalna rješenja. Doista, kvantni startup D-Wave već surađuje s Volkswagenom na analizi obrazaca vožnje i prosijavanju golemih količina buke kako bi došli do dna stvari.
Raspravlja se o njegovoj korisnosti u području kriptografije. Kvantno računalo sposobno je svladati metodu šifriranja koja se razlikuje od dosad poznate šifre, što mu omogućuje lako dešifriranje čak i državnih tajni. Postoji veliki interes globalnih vlada za ovu korisnu značajku, dok se aktivisti boje da bi pojava kvantnog računalstva mogla uništiti privatnost.
Problem iz fizike
"Budući da je kvantno računalstvo još uvijek u ranoj fazi, postoji mnogo informacija koje ostaju nedokazane", rekao je Matthew Briss, potpredsjednik istraživanja i razvoja u Gartneru. "Ali kupci već traže aplikacije za utvrđivanje konkurentskih prednosti kvantnog računalstva za svoje poslovanje", kaže on.
Unatoč svoj pompi, stručnjaci vjeruju da su kvantna računala daleko od predvodnika kao što su to bila računala 1950-ih. Naravno, uzimaju maha, ali polako.
"Kvantno računalstvo može se usporediti s vlakom koji sporo vozi", rekao je Brian Hopkins, potpredsjednik i glavni analitičar u Forresteru, za Business Insider. “Ako se pomakne jedan inč u sekundi, onda će za mjesec dana već proći dva inča u sekundi.” Uskoro će se početi brže kretati."
Sada je veliki problem što kvantno računalo ne može učiniti ništa što klasično računalo ne može. Industrija se veseli trenutku koji se zove kvantna nadmoć, kada će kvantna računala nadići trenutna ograničenja.
“Kada nam kupci dođu, glavna stvar koju nam kažu je da ih nije briga koji je to model sve dok je koristan za njihovo poslovanje”, kaže analitičar Briss. — Ne postoji model koji bi mogao nadmašiti klasične algoritme. Stvarno trebamo pričekati dok se hardver kvantnog računala ne počne poboljšavati.”
Suradnica IBM-ovog istraživanja Katie Pooley ispituje kriostat koji pomaže kvantnim računalima da održe niske temperature. Fotografija: Andy Aaron, IBM
Veliki problem ostaje nedostatak računalne snage. Pretpostavlja se da će kvantna nadmoć zahtijevati računalo snage 50 kubita. Iako je ova prekretnica postignuta u laboratoriju, ona nije trajna i ne može se održati. Doista, qubiti mogu biti podložni pogreškama i nestabilni, što dovodi do problema s njihovim stvaranjem i smanjuje njihov potencijal.
Drugi važan faktor je više materijala. Kvantna računala moraju biti potpuno izolirana od svoje okoline da bi funkcionirala i zahtijevaju vrlo niske temperature. Čak i najmanje vibracije mogu uzrokovati kolaps kubita, izbacujući ih iz superpozicije, baš kao što dijete koje kuca po stolu uzrokuje pad novčića koji se vrte na stol.
Prijašnja kvantna računala, kao što je IBM Q System One, toliko su glomazna da uvjeti potrebne izolacije i hlađenja postaju pravi izazov. Ovaj problem pogoršava nedostatak potrebnih komponenti: supravodljivih kabela i niskotemperaturnih hladnjaka. U velikoj su nestašici.
U konačnici, to znači da iako se znanje poboljšava i tehnologija napreduje, kvantno računalstvo još uvijek nije praktično izvedivo.
“Jedan od izazova u mojoj radnoj skupini je manipuliranje materijalima, silicijem, metalima, tako da možemo stvoriti vrlo homogeno okruženje,” rekao je Clark iz Intela. - Ovo je u biti najbolja poluvodička tehnologija. Tehnologije koje su nam potrebne za stvaranje kvantnog računalstva na velikim razmjerima još ne postoje.”
Još jedan problem je što kvantna računala imaju neosporan potencijal za pružanje nepredviđene računalne snage. Međutim, nema mnogo ljudi na ovom svijetu koji stvarno imaju iskustva u programiranju ili upravljanju ovim sustavima, a potencijalni kupci fascinirani pokušavaju shvatiti kako to zapravo koristiti.
Velika kvantna utrka
Analitičari kažu da IBM trenutno vodi u utrci kvantnog računalstva zahvaljujući ograničenoj komercijalnoj dostupnosti IBM Q System One. Budući da mu se pristupa putem oblaka, IBM može održavati ove posebne uvjete kako bi ovo kvantno računalo funkcioniralo, a istovremeno dopušta odabranim korisnicima da ga koriste.
"Mislim da se [IBM-ovo kvantno računalo] ljulja", rekao je analitičar Briss. "Mislim da je kvantno računalstvo kao model usluge pravi model." Stavljajući ga u spremnik i posebno ga tretirajući, oni stvarno pokušavaju poboljšati njegovu kvalitetu.”
Sarah Sheldon i Pat Gumann iz IBM-a rade na hladnjaku za otapanje koji hladi kvantna računala. Fotografija: IBM
Istodobno, analitičari napominju da bilo koji od igrača na ovom tržištu u svakom trenutku može napraviti iskorak koji će mu omogućiti prolaz, te da je to još uvijek nužno rivalstvo.
Različiti IT divovi različito pristupaju ovom problemu. Intel, IBM, Google i startup za kvantno računalstvo Rigetti grade sustave temeljene na supravodljivim krugovima, koje pokreću najsuvremenija superračunala.
zauzima potpuno drugačiji i možda riskantniji pristup u pokušaju stvaranja boljeg qubita. Topološki qubit koji Microsoft pokušava stvoriti fragmentira elektrone za pohranu informacija na više mjesta odjednom, čineći ga stabilnijim i manje sklonim uništenju. Manje je robustan od onoga što njegovi konkurenti pokušavaju izgraditi, ali rezultat bi bio veliki korak naprijed za cijelo područje kvantnog računalstva, rekao je analitičar Hopkins.
"Oni se kockaju i mnogi ljudi misle da nikada neće uspjeti", rekao je Hopkins.
S pustolovnije strane, startupovi kao što su IonQ i D-Wave klade se na vrhunske tehnologije poput hvatanja iona i kvantnog žarenja. Jednostavno rečeno, na različite načine pokušavaju postići veće performanse i stabilnost svakog qubita, koristeći potpuno nove metode.
"Ovo nam omogućuje da izgradimo kvantno računalo koje rješava složene probleme i kontinuirano napreduje u tome", rekao je za Business Insider Mark Johnson, potpredsjednik dizajna i razvoja procesora i kvantnih proizvoda u D-Waveu.
IBM-ov kvantni znanstvenik šeće kroz IBM Q Computing Center u istraživačkom centru Thomas J. Watson u Yorktown Heightsu, New York. Fotografija: Connie Zhou za IBM
Kvantni startupi
Porast kvantnog računalstva izazvao je val interesa ulagača za srodne startupe. Robert Sutor iz IBM-a procjenjuje da postoji oko 100 kvantnih softverskih, hardverskih, pa čak i konzultantskih startupa diljem svijeta. Ovo je malo u usporedbi s ogromnim startup tržištem, ali puno veće nego prije.
"U ovom sam prostoru dugo, od samog početka", rekao je Monroe iz IonQ-a. — Dugo je bio u povojima, dok prije 5-8 godina nije plijenio pozornost i privukao ogromne investicije. Postalo je jasno da je došlo vrijeme.”
Chris Monroe, CEO i suosnivač startupa za kvantno računalstvo IonQ. Fotografija: IonQ
Neki, poput Rigettija, spremni su se sukobiti s tehnološkim titanima s vlastitim kvantnim čipovima i sofisticiranim kvantnim računalnim sustavima.
"To je srž našeg poslovanja", rekla je Betsy Masiello, potpredsjednica proizvoda u Rigettiju, za Business Insider. — Postoje mnoge tvrtke u kvantnom prostoru koje rade na softverskim aplikacijama u polju kvantnog računarstva. Proizvodimo mikročipove i gradimo računalne sustave.”
Matthew Kinsella, direktor Maverick Venturesa, kaže da je optimističan u polju kvantnog računalstva. Njegova tvrtka je otišla toliko daleko da je investirala u ColdQuanta, tvrtku koja proizvodi opremu koja se koristi u kvantnim sustavima. Očekuje da će kvantna računala nadmašiti današnje sustave u roku od pet do deset godina. Maverick Ventures se kladi na duge staze.
“Stvarno vjerujem u kvantno računalstvo, iako može proći dulje od očekivanog prije nego što kvantno računalo postane bolje od tradicionalnog računala za rješavanje svakodnevnih problema. Vjerojatno ćemo vidjeti prednosti kvantnih računala u rješavanju problema malih razmjera u sljedećih nekoliko godina,” rekao je Kinsella.
Laboratoriji D-Wave 2000Q Systems. Fotografija: D-Wave
Kinsella, kao i analitičari s kojima smo razgovarali, očekuje takozvanu “kvantnu zimu”. Možda postoji pompa oko kvantnih računala, ali ljudi se više nadaju, upozoravaju stručnjaci. Strojevi još nisu savršeni i proći će godine prije nego što investitori vide rezultate.
U perspektivi
Čak i izvan kvantne nadmoći, stručnjaci nas uvjeravaju da još uvijek postoji mjesto za tradicionalna računala i superračunala. Do tada, još uvijek postoje problemi s cijenom, veličinom, pouzdanošću i procesorskom snagom koje treba riješiti prije nego što o tome možemo raspravljati.
"Moramo udahnuti", rekao je analitičar Briss. "U ovom se području događa puno uzbudljivih stvari koje oduzimaju vrijeme." To je konglomerat fizike, informatike i, iskreno, znanstvene analize. Ne bismo morali ovo proučavati da smo znali sve odgovore, ali pred nama je puno istraživačkog rada."
Rigetti kvantno računalo. Fotografija: Rigetti
No, mnogima je jasno da je to budućnost. Baš kao što tvorci prvog mainframe računala nisu shvatili da će to na kraju dovesti do više pametnih telefona veličine dlana. Kvantno računalo moglo bi biti prvi korak na potpuno novom putu.
Rijetki su, poput Microsoftovog potpredsjednika korporativnog upravljanja Todda Holmdahla, dovoljno optimistični da kažu da bi to danas moglo biti značajnije od umjetne inteligencije i strojnog učenja. Svojoj je djeci govorio da trebaju raditi ono što im je strast i da uvijek mogu dobiti posao u umjetnoj inteligenciji. Sada će reći isto o kvantnom računalstvu.
“Ovo je područje koje će se razvijati. Trebaju nam ljudi koji će ga ispuniti i spriječiti da ne odumire,” rekao je Holmdahl. "Ima važnu ulogu u našoj generaciji, dajući nam priliku da stvaramo nevjerojatne stvari u budućnosti."
Izvor: www.habr.com