Ein helsta vísindaleg áskorun samtímans hefur orðið kapphlaupið um að búa til fyrstu gagnlegu skammtatölvuna. Þúsundir eðlisfræðinga og verkfræðinga taka þátt í henni. IBM, Google, Alibaba, Microsoft og Intel eru að þróa hugmyndir sínar. Hvernig mun öflugt tölvutæki breyta heiminum okkar og hvers vegna er það svo mikilvægt?
Ímyndaðu þér í smá stund: fullgild skammtatölva hefur verið búin til. Það er orðið kunnuglegur og eðlilegur þáttur í lífi okkar. Klassíska útreikninga er nú bara talað um í skólanum, í sögutímum. Einhvers staðar djúpt í köldum kjöllurum starfa öflugar vélar á qubitum til að knýja gervigreind vélmenni. Þeir framkvæma öll hættuleg og einfaldlega einhæf verkefni. Þegar þú gengur í gegnum garðinn lítur þú í kringum þig og sérð alls kyns vélmenni. Manneskjulegar verur ganga með hunda, selja ís, gera við raflagnir og sópa svæðið. Sumar gerðir koma í stað gæludýra.
Við fengum tækifæri til að afhjúpa öll leyndarmál alheimsins og líta inn í okkur sjálf. Læknisfræði hefur náð nýju stigi - nýstárleg lyf eru þróað í hverri viku. Við getum spáð fyrir um og ákvarðað hvar skortur auðlindir eins og gas og olía eru staðsett. Vandamál hlýnunar jarðar hefur verið leyst, orkusparnaðaraðferðir hafa verið hagræddar og ekki er lengur umferðarteppur í borgum. Skammtatölvan stjórnar ekki aðeins öllum vélfærabílum heldur tryggir hún einnig frjálsa hreyfingu: hún fylgist með aðstæðum á vegum, lagar leiðir og tekur við stjórninni af ökumönnum ef þörf krefur. Svona gæti skammtaöldin litið út.
Quantum Gold Rush
Umsóknarhorfur eru ótrúlegar og þess vegna fara fjárfestingar í skammtafræðiþróun vaxandi á hverju ári. Alheimsmarkaðurinn fyrir skammtatölvutölvu var metinn á $81,6 milljónir árið 2018. Sérfræðingar Market.us áætla að árið 2026 muni það ná 381,6 milljónum dala. Það er, það mun aukast að meðaltali um 21,26% á ári frá 2019 til 2026.
Þessi vöxtur er knúinn áfram af vaxandi notkun skammtadulkóðunar í öryggisforritum og knúin áfram af fjárfestingum frá hagsmunaaðilum skammtatölvumarkaðarins. Í byrjun þessa árs höfðu einkafjárfestar fjármagnað að minnsta kosti 52 skammtatæknifyrirtæki um allan heim, samkvæmt greiningu vísindatímaritsins Nature. Stórir leikmenn eins og IBM, Google, Alibaba, Microsoft, Intel og D-Wave Systems eiga í erfiðleikum með að búa til nánast viðeigandi skammtatölvu.
Já, svo framarlega sem peningarnir sem streyma inn á þetta svæði á hverju ári eru lítil útgjöld (samanborið við $2018 milljarða í gervigreindarfjárfestingu árið 9,3). En þessar tölur eru mikilvægar fyrir óþroskaðan iðnað sem enn státar ekki af frammistöðuvísum.
Að leysa skammtavandamál
Þú þarft að skilja að í dag er tæknin enn á frumstigi. Það var aðeins hægt að búa til frumgerðir skammtavéla og stakra tilraunakerfa. Þeir eru færir um að framkvæma föst reiknirit af litlum flóknum hætti. Fyrsta 2-qubit tölvan var búin til árið 1998 og það tók mannkynið 21 ár að koma tækjunum á réttan hátt, hið svokallaða „skammtayfirráð“. Þetta hugtak var búið til af Caltech prófessor John Preskill. Og það þýðir getu skammtafræðitækja til að leysa vandamál hraðar en öflugustu klassísku tölvurnar.
Bylting á þessu sviði var gerð af kaliforníska fyrirtækinu Google. Í september 2019 tilkynnti fyrirtækið að 53 qubit Sycamore tæki þess kláraði útreikning á 200 sekúndum sem myndi taka háþróaða ofurtölvu 10 ár að klára. Yfirlýsingin olli miklum deilum. IBM var algjörlega ósammála slíkum útreikningum. Í bloggi sínu skrifaði fyrirtækið að Summit ofurtölvan muni takast á við þetta verkefni eftir 000 daga. Og allt sem þarf er að auka geymslurýmið á disknum. Þrátt fyrir að munurinn hafi í raun og veru ekki verið svo gríðarlegur, var Google örugglega fyrst til að ná „skammtayfirráðum“. Og þetta er mikilvægur áfangi í tölvurannsóknum. En ekkert meira. Afrek Sycamore er eingöngu í sýningarskyni. Það hefur enga hagnýta notkun og er gagnslaust til að leysa raunveruleg vandamál.
Helsta vandamálið er vélbúnaðurinn. Þó að hefðbundnir reiknibitar hafi gildið 0 eða 1, í hinum undarlega skammtaheimi, geta qubitar verið í báðum ríkjum á sama tíma. Þessi eign er kölluð superposition. Qubits eru eins og snúningsbolir: þeir snúast bæði réttsælis og rangsælis, hreyfast upp og niður. Ef þér finnst þetta ruglingslegt, þá ertu í frábærum félagsskap. Richard Feynman sagði einu sinni: "Ef þú heldur að þú skiljir skammtafræði, þá skilurðu hana ekki." Hugrökk orð frá manninum sem hlaut Nóbelsverðlaunin fyrir... skammtafræði.
Svo eru qubitar afar óstöðugir og háðir utanaðkomandi áhrifum. Bíll sem fer undir glugga rannsóknarstofu, innri hávaði kælikerfisins, fljúgandi geimögn - hvers kyns tilviljanakennd truflun, hvers kyns samskipti truflar samstillingu þeirra og þau losna. Þetta er skaðlegt fyrir tölvuna.
Lykilspurningin fyrir þróun skammtatölvunar er hvaða vélbúnaðarlausn af mörgum könnuðum mun tryggja stöðugleika qubita. Sá sem leysir samhengisvandann og gerir skammtatölvur jafn algengar og GPU-tölvur mun vinna Nóbelsverðlaunin og verða ríkasti maður í heimi.
Leið til markaðsvæðingar
Árið 2011, kanadíska fyrirtækið D-Wave Systems Inc. var fyrstur til að selja skammtatölvur, þótt notagildi þeirra takmarkist við ákveðin stærðfræðileg vandamál. Og á næstu mánuðum munu milljónir þróunaraðila geta byrjað að nota skammtaörgjörva í gegnum skýið - IBM lofar að veita aðgang að 53 qubit tækinu sínu. Hingað til hafa 20 fyrirtæki fengið þessi forréttindi samkvæmt forriti sem kallast Q Network. Þar á meðal eru tækjaframleiðandinn Samsung Electronics, bílaframleiðendurnir Honda Motor og Daimler, efnafyrirtækin JSR og Nagase, bankarnir JPMorgan Chase & Co. og Barclays.
Flest fyrirtæki sem gera tilraunir með skammtatölvun í dag líta á hana sem óaðskiljanlegan hluta framtíðarinnar. Aðalverkefni þeirra núna er að komast að því hvað virkar í skammtatölvu og hvað ekki. Og vertu tilbúinn til að vera fyrstur til að kynna tækni í viðskiptum þegar hún er tilbúin.
Samgöngusamtök. Volkswagen, ásamt D-Wave, er að þróa skammtafræðiforrit - umferðarstjórnunarkerfi. Nýja áætlunin mun gera almenningssamgöngum og leigubílafyrirtækjum í stórum borgum kleift að nýta flugflota sinn á skilvirkari hátt og lágmarka biðtíma farþega.
Orkugeirinn. ExxonMobil og IBM hvetja til notkunar skammtatölvunar í orkugeiranum. Þeir leggja áherslu á að þróa úrval nýrrar orkutækni, bæta orkunýtingu og draga úr losun gróðurhúsalofttegunda. Umfang og margbreytileiki þeirra áskorana sem orkugeirinn stendur frammi fyrir eru utan umfangs hefðbundinna tölva nútímans og henta vel til að prófa á skammtatölvum.
Lyfjafyrirtæki. Accenture Labs er í samstarfi við 1QBit, skammtahugbúnaðarfyrirtæki. Á aðeins 2 mánuðum fóru þeir frá rannsóknum yfir í sönnun á hugmyndinni - með því að nota forrit til að líkja flóknum sameindasamskiptum á atómstigi. Þökk sé krafti skammtafræðinnar er nú hægt að greina stærri sameindir. Hvað mun þetta gefa samfélaginu? Nýstárleg lyf með minnstu aukaverkunum.
Fjármálageirinn. Tækni sem byggir á meginreglum skammtafræðinnar vekur í auknum mæli athygli banka. Þeir hafa áhuga á að vinna viðskipti, viðskipti og aðrar tegundir gagna eins fljótt og auðið er. Barclays og JP Morgan Chase (með IBM), auk NatWest (með Fujitsu) eru nú þegar að gera tilraunir sínar í þróun sérhæfðs hugbúnaðar.
Samþykki svona stórra fyrirtækja og tilkoma framtakssamra skammtafræðibrautryðjenda segir sitt um viðskiptalega hagkvæmni skammtafræðinnar. Við erum nú þegar að sjá skammtatölvuna vera beitt við raunveruleg vandamál, allt frá því að bæta orkunýtingu til að hagræða leiðum ökutækja. Og það sem skiptir máli, verðmæti tækninnar mun aukast eftir því sem hún þróast.
Heimild: www.habr.com