Jim Clark, az Intel kvantumhardver-igazgatója, a vállalat egyik kvantumprocesszorával. Fénykép; Intel
- A kvantumszámítógépek egy rendkívül izgalmas technológia, amely azt az ígéretet rejti magában, hogy erőteljes számítási képességeket hoz létre a korábban megoldhatatlan problémák megoldására.
- Szakértők szerint az IBM élen járt a kvantumszámítástechnikában, ezért a Google, az Intel, a Microsoft és egy sor startup van a befolyása alatt.
- A befektetőket vonzzák a kvantumszámítástechnikai startupok, köztük az IonQ, a ColdQuanta, a D-Wave Systems és a Rigetti, amelyek megzavarhatják a piacot.
- Van azonban egy bökkenő: a modern kvantumszámítógépek általában nem olyan erősek vagy megbízhatóak, mint a mai szuperszámítógépek, és különleges feltételeket igényelnek az induláshoz és a rendszerindításhoz.
Januárban az IBM nagy feltűnést keltett, amikor bejelentette az IBM Q System One-t, a világ első üzleti célú kvantumszámítógépét. A készülék 9 köbláb térfogatú, elegáns üvegdobozban volt elhelyezve.
Ez fontos mérföldkő a kvantumszámítógépek számára, amelyek még mindig kutatólaboratóriumokban találhatók. Az IBM szerint a vásárlók már most szeretnék rávenni a kezüket a technológiára, amely számos területen ígéretesnek mutatkozik: kémia, anyagtudomány, élelmiszergyártás, repülőgépgyártás, gyógyszerfejlesztés, tőzsdei előrejelzés és még a klímaváltozás is.
IBM Q System One. Fotó: IBM
Az izgalom oka, hogy a kvantumszámítógépnek olyan mágikusnak tűnő tulajdonságai vannak, amelyek lehetővé teszik, hogy exponenciálisan több információt dolgozzon fel, mint egy hagyományos rendszer. A kvantumszámítógép nem csak egy nagyon gyors számítógép, pontosabban egy teljesen más számítási paradigma, amely radikális újragondolást igényel.
A technológiai versenyben az a cég lesz a győztes, amelyik kihasználja e technológia adta lehetőségeket. Az IBM, a Microsoft, a Google és más technológiai óriások, valamint startupok fogadnak erre a technológiára.
A Business Insider arról kérdezte Bob Sutort, az IBM Q stratégiai és ökoszisztémás alelnökét, hogyan lehet ezeket a rendszereket hozzáférhetővé tenni az emberek számára: Hogyan férhetnek hozzá az emberek? Hogyan tanulhatják meg sokan a kvantumszámítógépek használatát feladataik elvégzésére?
Kicsi az esély arra, hogy egyhamar kvantumszámítógépeket lássunk az irodában. Szakértők, akikkel beszélgettünk, úgy vélik, hogy annak ellenére, hogy az IBM rendelkezésére áll, még öt-tíz évnek kell eltelnie, mire a kvantumszámítás valóban a fősodorba kerül. Az IBM Q System One jelenleg csak felhőalapú számítástechnikai szolgáltatásként érhető el bizonyos ügyfelek számára. Eltelik egy kis idő, mire az emberek megvásárolhatnak ilyesmit, és saját céljaikra használhatják.
A szakértők szerint valóban a kvantumszámítógépek ígéretesek, de messze vannak a tömeggyártástól. Rendkívül törékenyek, és különleges körülményeket igényelnek a munkájukhoz. Ráadásul manapság a kvantumszámítógépek nem olyan megbízhatóak vagy olyan erősek, mint a már meglévő számítógépeink.
"Úgy gondoljuk, hogy körülbelül tíz éven belül egy kvantumszámítógép megváltoztatja az életedet vagy az enyémet" - mondta Jim Clark, az Intel kvantumhardverért felelős igazgatója a Business Insidernek. – Valójában még csak a maraton első mérföldjénél tartunk. Ez nem jelenti azt, hogy nem foglalkozunk vele."
Mi az a kvantumszámítógép?
Bill Gates egyszer azt mondta, hogy a kvantum mögötti matematika nem érti, de nem mindenki értett egyet.
"Egy kicsit tévhit, hogy a kvantumfizika fizika, és túl bonyolult" - mondta Chris Monroe, az IonQ vezérigazgatója és társalapítója a Business Insidernek. "Sok ember számára az teszi érthetetlenné, hogy érthetetlen, de számomra ugyanolyan érthetetlen, mint neked." Ha valami szuperpozícióban lehet, az azt jelenti, hogy egyszerre két állapotban lehet. Furcsa, mert a való világban ezt nem tapasztaljuk."
Az általunk használt számítógépek bináris kódnak nevezett 1-es vagy 0-s karakterláncként jelenítik meg az adatokat. A kvantumszámítógép azonban képes az adatokat 1-ként, 0-ként vagy – ami a legfontosabb – egyszerre mindkét számként ábrázolni.
Ha egy rendszer egyszerre több állapotban is lehet, azt „szuperpozíciónak” nevezik, amely a kvantumszámítás egyik mágikusnak tűnő tulajdonsága. A másik kulcsfontosságú elv itt az "összefonódás", amely egy olyan kvantumtulajdonság, amely lehetővé teszi, hogy két részecske tökéletes szinkronban mozogjon, függetlenül attól, hogy milyen messze vannak egymástól fizikailag.
Ahogy elmagyarázza a Scientific Americanban ez a két tulajdonság együttesen olyan számítógépet hoz létre, amely sokkal több adatot tud egyszerre feldolgozni, mint a mai piacon kapható bármely rendszer.
A kvantumszámítógép teljesítményét qubitben, a kvantumszámítógép alapvető mértékegységében mérik. Ahogy a modern számítógépek 32 bites vagy 64 bites processzorral rendelkeznek (ez azt jelzi, hogy mennyi adatot tudnak egyszerre feldolgozni), a több qubittel rendelkező kvantumszámítógépnek lényegesen nagyobb a feldolgozási teljesítménye.
Egy kvantumszámítógép belsejében. Fotó: IBM
Határ a csillagos ég
Mindez azt jelenti, hogy egy kvantumszámítógép képes megoldani azokat a problémákat, amelyeket korábban a számítási teljesítmény korlátozott.
Például egy kvantumszámítógép nyersen megoldhatja a híres utazó eladó problémát, egy összetett számítási problémát, amelyhez meg kell találni a legrövidebb utat több város között, mielőtt hazatérne. Egyszerűnek hangzik, de ha matematikailag nézzük, az egyetlen optimális útvonal megtalálása nehezebbé válik, ha több várost ad hozzá az útvonalhoz.
Hasonlóképpen, egy kvantumszámítógép képes átgázolni a legbonyolultabb, legidőigényesebb problémákon, hatalmas mennyiségű pénzügyi, gyógyszerészeti vagy éghajlati adatot átszűrve, hogy optimális megoldásokat találjon. Valójában a D-Wave kvantuminduló vállalkozás már együttműködik a Volkswagennel, hogy elemezze a vezetési mintákat, és hatalmas mennyiségű zajt szitáljon át, hogy a dolgok mélyére jusson.
Hasznosságát a kriptográfia területén tárgyalják. A kvantumszámítógép képes elsajátítani egy olyan titkosítási módszert, amely eltér a korábban ismert rejtjelektől, amivel még államtitkokat is könnyedén megfejt. A globális kormányok nagy érdeklődést mutatnak e hasznos funkció iránt, miközben az aktivisták attól tartanak, hogy a kvantumszámítástechnika megjelenése tönkreteheti a magánéletet.
Fizikai probléma
„Mivel a kvantumszámítás még korai szakaszában jár, sok olyan információ áll rendelkezésre, amely még nem bizonyított” – mondta Matthew Briss, a Gartner kutatás-fejlesztési részlegének alelnöke. „A vevők azonban már keresnek olyan alkalmazásokat, amelyek segítségével meghatározhatják a kvantumszámítástechnika versenyelőnyeit vállalkozásuk számára” – mondja.
Minden felhajtás ellenére a szakértők úgy vélik, hogy a kvantumszámítógépek olyan távol állnak attól, hogy élen járjanak, mint a PC-k az 1950-es években. Természetesen lendületet vesznek, de lassan.
"A kvantumszámítás egy lassan mozgó vonathoz hasonlítható" - mondta Brian Hopkins, a Forrester alelnöke és vezető elemzője a Business Insidernek. "Ha másodpercenként egy hüvelyket mozdul, akkor egy hónap múlva már két hüvelyknyit halad másodpercenként." Hamarosan gyorsabban kezd mozogni."
A nagy probléma most az, hogy egy kvantumszámítógép nem képes semmire, amit egy klasszikus számítógép nem tudna. Az ipar már várja a kvantumfölénynek nevezett pillanatot, amikor a kvantumszámítógépek túllépnek a jelenlegi korlátokon.
„Amikor az ügyfelek hozzánk fordulnak, a legfontosabb, hogy elmondják nekünk, hogy nem érdekli őket, milyen modellről van szó, amíg az hasznos a vállalkozásuk számára” – mondja Briss elemző. — Nincs olyan modell, amely felülmúlná a klasszikus algoritmusokat. Nagyon meg kell várnunk, amíg a kvantumszámítógépes hardver elkezd fejlődni.”
Katie Pooley, az IBM kutatója megvizsgálja azt a kriosztátot, amely segít a kvantumszámítógépeknek alacsonyan tartani a hőmérsékletüket. Fotó: Andy Aaron, IBM
A nagy probléma továbbra is a számítási teljesítmény hiánya. Feltételezzük, hogy a kvantumfölényhez 50 qubit teljesítményű számítógépre lesz szükség. Bár ezt a mérföldkövet a laboratóriumban elértük, nem állandó, és nem tartható fenn. Valójában a qubitek hibásak és instabilok is lehetnek, ami problémákhoz vezet a generálásukkal és csökkenti a potenciáljukat.
Egy másik fontos tényező a több anyag. A kvantumszámítógépeket teljesen el kell szigetelni a környezetüktől ahhoz, hogy működjenek, és nagyon alacsony hőmérsékletet igényelnek. A legkisebb rezgések is a kubitok összeomlását idézhetik elő, kidobva őket a szuperpozícióból, ahogyan egy asztalon kopogtató gyerek pörgő érméket ejt az asztalra.
A korábbi kvantumszámítógépek, például az IBM Q System One olyan terjedelmesek, hogy a szükséges izolálási és hűtési feltételek igazi kihívást jelentenek. Ezt a problémát súlyosbítja a szükséges alkatrészek hiánya: szupravezető kábelek és alacsony hőmérsékletű hűtőszekrények. Komoly hiányban szenvednek.
Végső soron ez azt jelenti, hogy bár a tudás javul, és a technológia fejlődik, a kvantumszámítás még mindig nem kivitelezhető a gyakorlatban.
„Az egyik kihívás a munkacsoportomban az anyagok, szilícium és fémek manipulálása, hogy nagyon homogén környezetet tudjunk létrehozni” – mondta Clark, az Inteltől. - Ez alapvetően a legjobb félvezető technológia. Még nem léteznek azok a technológiák, amelyekre szükségünk van a kvantumszámítás nagyszabású létrehozásához.”
Egy másik probléma az, hogy a kvantumszámítógépek tagadhatatlanul képesek előre nem látható számítási teljesítményt biztosítani. Azonban nem sok ember van ezen a világon, aki ténylegesen tapasztalattal rendelkezik ezeknek a rendszereknek a programozásában vagy üzemeltetésében, és a potenciális vásárlók lenyűgözve próbálják kitalálni, hogyan is tudják ténylegesen használni.
A Nagy Kvantum Race
Elemzők szerint az IBM jelenleg az IBM Q System One korlátozott kereskedelmi elérhetőségének köszönhetően vezeti a kvantumszámítási versenyt. Mivel a felhőn keresztül érhető el, az IBM fenntarthatja ezeket a különleges feltételeket a kvantumszámítógép működésének megőrzése érdekében, miközben lehetővé teszi a kiválasztott ügyfelek számára a használatát.
„Azt hiszem, [az IBM kvantumszámítógépe] döbbenetes” – mondta Briss elemző. „Úgy gondolom, hogy a kvantumszámítás mint szolgáltatási modell a megfelelő modell.” Azzal, hogy konténerbe teszik és speciálisan kezelik, valóban a minőségét próbálják javítani.”
Az IBM-től Sarah Sheldon és Pat Gumann egy kvantumszámítógépek hűtésére alkalmas kioldóhűtőn dolgoznak. Fotó: IBM
Az elemzők ugyanakkor megjegyzik, hogy ezen a piacon bármelyik szereplő bármelyik pillanatban áttörést érhet el, amely lehetővé teszi számára az előrejutást, és ez még mindig szükséges rivalizálás.
A különböző IT-óriások eltérően közelítik meg ezt a problémát. Az Intel, az IBM, a Google és a kvantumszámítástechnikai startup, a Rigetti szupravezető áramkörökre épülő rendszereket építenek, amelyeket a legmodernebb szuperszámítógépek hajtanak meg.
teljesen más és talán kockázatosabb megközelítést alkalmaz egy jobb qubit létrehozásában. A topológiai qubit, amelyet a Microsoft megpróbál létrehozni, elektronokat tördel, hogy egyszerre több helyen tárolják az információkat, így stabilabbak és kevésbé hajlamosak a pusztulásra. Kevésbé robusztus, mint amit versenytársai próbálnak építeni, de az eredmény jelentős előrelépést jelentene a kvantumszámítástechnika egész területén, mondta Hopkins elemző.
"Szerencsejátékban vannak, és sokan azt hiszik, hogy soha nem fognak sikerülni" - mondta Hopkins.
A kalandosabb oldalon az olyan startupok, mint az IonQ és a D-Wave olyan élvonalbeli technológiákra fogadnak, mint az ioncsapdás és a kvantumlágyítás. Egyszerűen fogalmazva, különböző módokon próbálnak nagyobb teljesítményt és stabilitást elérni minden egyes qubitből, teljesen új módszerekkel.
"Ez lehetővé teszi számunkra, hogy olyan kvantumszámítógépet építsünk, amely megoldja az összetett problémákat, és folyamatosan fejlődik" - mondta Mark Johnson, a D-Wave processzorok és kvantumtermékek tervezéséért és fejlesztéséért felelős alelnöke a Business Insidernek.
Az IBM kvantumtudósa végigsétál a New York-i Yorktown Heights-i Thomas J. Watson Kutatóközpont IBM Q számítástechnikai központjában. Fotó: Connie Zhou az IBM-től
Quantum Startupok
A kvantumszámítástechnika felfutása a befektetők érdeklődésének hullámát váltotta ki a kapcsolódó startupok iránt. Az IBM Robert Sutor becslése szerint körülbelül 100 kvantumszoftver, hardver és még tanácsadó startup is működik szerte a világon. Ez kicsi a hatalmas startup piachoz képest, de sokkal nagyobb, mint korábban.
„Régóta vagyok ezen a téren, a kezdetektől fogva” – mondta az IonQ munkatársa, Monroe. — Sokáig gyerekcipőben járt, egészen 5-8 évvel ezelőttig felhívta magára a figyelmet és hatalmas befektetéseket vonzott. Világossá vált, hogy eljött az idő.”
Chris Monroe, az IonQ kvantumszámítástechnikai startup vezérigazgatója és társalapítója. Fotó: IonQ
Egyesek, mint például a Rigetti, készen állnak arra, hogy saját kvantumchipjükkel és kifinomult kvantumszámítási rendszerükkel rendelkező technológiai titánokkal menjenek a lábukra.
"Ez az üzletünk magja" - mondta Betsy Masiello, a Rigetti termékért felelős alelnöke a Business Insidernek. — A kvantumtérben sok olyan cég dolgozik, amely szoftveralkalmazásokon dolgozik a kvantumszámítástechnika területén. Mikrochipeket gyártunk és számítástechnikai rendszereket építünk.”
Matthew Kinsella, a Maverick Ventures ügyvezető igazgatója azt állítja, hogy a kvantumszámítástechnika terén nagyon erős. Cége odáig jutott, hogy befektetett a ColdQuantába, egy kvantumrendszerekben használt berendezéseket gyártó cégbe. Arra számít, hogy a kvantumszámítógépek XNUMX-XNUMX éven belül felülmúlják a mai rendszereket. A Maverick Ventures hosszú távra fogad.
„Nagyon hiszek a kvantumszámítástechnikában, bár a vártnál tovább tarthat, mire egy kvantumszámítógép jobbá válik, mint egy hagyományos számítógép a mindennapi problémák megoldásában. Valószínűleg látni fogjuk a kvantumszámítógépek előnyeit a kis léptékű problémák megoldásában a következő néhány évben” – mondta Kinsella.
A D-Wave 2000Q Systems laboratóriumai. Fotó: D-Wave
Kinsella, akárcsak azok az elemzők, akikkel beszélgettünk, úgynevezett „kvantumtélre” számít. Lehet, hogy a kvantumszámítógépek körül felhajtás van, de az emberek reménykednek, figyelmeztetnek a szakértők. A gépek még nem tökéletesek, és évekbe fog telni, mire a befektetők meglátják az eredményeket.
Perspektívában
A szakértők még a kvantumfölényen túl is biztosítanak bennünket arról, hogy még mindig van hely a hagyományos számítógépeknek és szuperszámítógépeknek. Addig még a költségekkel, a mérettel, a megbízhatósággal és a feldolgozási teljesítménnyel kapcsolatos kérdéseket kell tisztázni, mielőtt megvitatnánk.
"Vegyünk egy levegőt" - mondta Briss elemző. "Sok izgalmas dolog történik ezen a területen, ami időt vesz igénybe." Ez a fizika, a számítástechnika és őszintén szólva a tudományos elemzés konglomerátuma. Nem kellene ezt tanulmányoznunk, ha tudnánk minden választ, de rengeteg kutatómunka áll még előttünk."
Rigetti kvantumszámítógép. Fotó: Rigetti
Sokak számára azonban egyértelmű, hogy ez a jövő. Ahogy az első nagyszámítógép gyártói sem vették észre, hogy ez végül több tenyérnyi okostelefonhoz vezet. A kvantumszámítógép lehet az első lépés egy teljesen új úton.
Kevesen, mint például a Microsoft vállalatirányítási alelnöke, Todd Holmdahl, elég optimisták ahhoz, hogy azt mondják, ez jelentősebb lehet, mint a mesterséges intelligencia és a gépi tanulás. Azt szokta mondani a gyerekeinek, hogy azt csinálják, amiért szenvedélyesek, és mindig kaphatnak munkát a mesterséges intelligencia területén. Most ugyanezt fogja mondani a kvantumszámításról.
„Ez egy olyan terület, amely fejlődni fog. Emberekre van szükségünk, akik kitöltik, és megóvják, hogy elsorvadjon” – mondta Holmdahl. „Fontos szerepet játszik a mi generációnkban, lehetőséget adva számunkra, hogy csodálatos dolgokat hozzunk létre a jövőben.”
Forrás: will.com