Skammtatölvur gætu breytt öllu og IBM keppir við Microsoft, Intel og Google til að ná tökum á henni

Jim Clark, forstöðumaður skammtafræðivélbúnaðar hjá Intel, með einn af skammtaörgjörvum fyrirtækisins. Mynd; Intel

• Skammtatölvur eru ákaflega spennandi tækni sem gefur fyrirheit um að búa til öfluga tölvugetu til að leysa áður óleysanleg vandamál.
• Sérfræðingar segja að IBM hafi verið í fararbroddi í skammtatölvum og þess vegna eru Google, Intel, Microsoft og fjöldi sprotafyrirtækja undir áhrifum þess.
• Fjárfestar laðast að skammtatölvunarfyrirtækjum, þar á meðal IonQ, ColdQuanta, D-Wave Systems og Rigetti, sem gætu truflað markaðinn.
• Hins vegar er það galli: Nútíma skammtatölvur eru almennt ekki eins öflugar eða eins áreiðanlegar og ofurtölvur nútímans og þær þurfa einnig sérstakar aðstæður til að ræsa sig og ræsa sig.

Í janúar sló IBM í gegn þegar það tilkynnti IBM Q System One, fyrstu skammtatölvu heimsins sem er í boði fyrir fyrirtæki. Tækið var hýst í sléttu glerhylki með rúmmáli 9 rúmfet.

Þetta er mikilvægur áfangi fyrir skammtatölvur, sem enn eru staðsettar á rannsóknarstofum. Samkvæmt IBM eru kaupendur nú þegar að leita að tækninni, sem lofar góðu á ýmsum sviðum: efnafræði, efnisvísindum, matvælaframleiðslu, geimferðum, lyfjaþróun, hlutabréfamarkaðsspám og jafnvel loftslagsbreytingum.

IBM Q System One. Mynd: IBM

Ástæðan fyrir spennunni er sú að skammtatölva hefur að því er virðist töfrandi eiginleika sem gera henni kleift að vinna með veldisvísis meiri upplýsingar en hefðbundið kerfi. Skammtatölva er ekki bara mjög hröð tölva; nánar tiltekið, hún er allt önnur tölvunarfræði sem krefst róttækrar endurhugsunar.

Sigurvegarinn í tæknikapphlaupinu verður fyrirtækið sem nýtir sér tækifærin sem þessi tækni gefur. IBM, Microsoft, Google og fleiri tæknirisar, auk sprotafyrirtækja, veðja á þessa tækni.

Business Insider spurði Bob Sutor varaforseta IBM Q stefnu og vistkerfis um hvernig gera ætti þessi kerfi aðgengileg fólki: Hvernig mun fólk fá aðgang að þeim? Hvernig geta margir lært að nota skammtatölvur til að framkvæma verkefni sín?

Það eru litlar líkur á að sjá skammtatölvur á skrifstofunni í bráð. Sérfræðingar sem við ræddum við trúa því að þrátt fyrir að vera í boði fyrir IBM muni það líða fimm til tíu ár í viðbót þar til skammtafræði slær raunverulega í gegn almennum straumi. IBM Q System One er sem stendur aðeins fáanlegt sem tölvuskýjaþjónusta fyrir útvalda viðskiptavini. Það mun líða nokkur tími þar til fólk getur keypt eitthvað eins og þetta og sett það í verk í eigin tilgangi.

Reyndar segja sérfræðingar að skammtatölvur lofi góðu, en þær eru langt frá því að vera fjöldaframleiddar. Þeir eru mjög viðkvæmir og þurfa sérstakar aðstæður til að vinna. Þar að auki eru skammtatölvur í dag ekki eins áreiðanlegar eða eins öflugar og þær tölvur sem við höfum nú þegar.

„Við trúum því að eftir um það bil tíu ár muni skammtatölva breyta lífi þínu eða mínu,“ sagði Jim Clark, forstöðumaður skammtafræðibúnaðar hjá Intel, við Business Insider. — Reyndar erum við núna aðeins í fyrstu mílu maraþonsins. Það þýðir ekki að við höfum ekki áhyggjur af því."

Hvað er skammtatölva?

Bill Gates sagði einu sinni að stærðfræðin á bak við skammtafræði væri ofar skilningi hans, en ekki voru allir sammála.

„Það er svolítið misskilningur að skammtaeðlisfræði sé eðlisfræði og hún er of flókin,“ segir Chris Monroe, forstjóri og annar stofnandi IonQ, við Business Insider. "Það sem gerir það óskiljanlegt fyrir marga er að það er óskiljanlegt, en það er mér jafn óskiljanlegt og það er þér." Ef eitthvað getur verið í yfirsetningu þýðir það að það getur verið í tveimur ríkjum á sama tíma. Það er skrítið því við upplifum þetta ekki í raunveruleikanum.“

Tölvurnar sem við notuðum sýna gögn sem 1s eða 0s streng sem kallast tvöfaldur kóða. Hins vegar getur skammtatölva táknað gögn sem 1, 0, eða, síðast en ekki síst, báðar tölurnar á sama tíma.

Þegar kerfi getur verið í fleiri en einu ástandi á sama tíma er það kallað „yfirstilling“, einn af töfrandi eiginleikum skammtafræðinnar. Önnur lykilreglan hér er „flækja“, sem er skammtaeiginleiki sem gerir tveimur ögnum kleift að hreyfast í fullkominni samstillingu, sama hversu langt á milli þær eru líkamlega aðskildar.

Eins og útskýrir grein í Scientific American sameinast þessir tveir eiginleikar til að búa til tölvu sem getur unnið mun fleiri gögn samtímis en nokkurt kerfi á markaðnum í dag.

Kraftur skammtatölvu er mældur í qubits, grunnmælieiningunni í skammtatölvu. Rétt eins og nútímatölvur eru með 32-bita eða 64-bita örgjörva (mælikvarði á hversu mikið af gögnum þær geta unnið í einu), þá hefur skammtatölva með fleiri qubita umtalsvert meiri vinnslugetu.

Inni í skammtatölvu. Mynd: IBM

Himininn er takmarkið

Allt þetta þýðir að skammtatölva getur leyst vandamál sem áður voru takmörkuð af tölvuafli.

Til dæmis gæti skammtatölva leyst hið fræga sölumannavandamál, flókið reiknivandamál sem krefst þess að finna stystu leiðina á milli margra borga áður en heim er komið. Það hljómar einfalt, en ef þú lítur á það stærðfræðilega, verður erfiðara að finna eina ákjósanlega leiðina eftir því sem þú bætir fleiri borgum við leiðina.

Sömuleiðis gæti skammtatölva vaðið í gegnum erfiðustu, tímafrektustu vandamálin, sigtað í gegnum gríðarlegt magn af fjárhagslegum, lyfjafræðilegum eða loftslagsgögnum til að finna bestu lausnir. Reyndar er skammtafræðiræsingin D-Wave nú þegar í samstarfi við Volkswagen til að greina akstursmynstur og sigta í gegnum gríðarlegt magn af hávaða til að komast til botns í hlutunum.

Fjallað er um notagildi þess á sviði dulritunar. Skammtatölva er fær um að ná tökum á dulkóðunaraðferð sem er öðruvísi en áður þekkt dulmál, sem gerir henni kleift að ráða jafnvel ríkisleyndarmál auðveldlega. Mikill áhugi er frá alþjóðlegum stjórnvöldum á þessum gagnlega eiginleika á meðan aðgerðarsinnar óttast að tilkoma skammtafræðinnar gæti eyðilagt friðhelgi einkalífsins.

Eðlisfræði vandamál

„Vegna þess að skammtatölvun er enn á frumstigi, þá er mikið af upplýsingum sem eru enn ósannaðar,“ sagði Matthew Briss, varaforseti R&D hjá Gartner. „En kaupendur eru nú þegar að leita að forritum til að ákvarða samkeppnisforskot skammtatölvunar fyrir fyrirtæki sitt,“ segir hann.
Þrátt fyrir allt hype telja sérfræðingar að skammtatölvur séu jafn langt frá því að vera í fararbroddi og tölvur voru á fimmta áratugnum. Auðvitað eru þeir að ná hraða en hægt og rólega.
„Það má líkja skammtatölvu við hægfara lest,“ sagði Brian Hopkins, varaforseti og aðalsérfræðingur hjá Forrester, við Business Insider. „Ef hann hreyfir sig eina tommu á sekúndu, þá mun hann nú þegar fara yfir tvær tommur á sekúndu eftir mánuð. Bráðum fer hann að hreyfa sig hraðar."

Stóra vandamálið núna er að skammtatölva getur ekki gert neitt sem klassísk tölva gæti ekki gert. Iðnaðurinn hlakkar til augnabliks sem kallast skammtaráð, þegar skammtatölvur munu fara út fyrir núverandi takmarkanir.

„Þegar viðskiptavinir koma til okkar er aðalatriðið sem þeir segja okkur að þeim sé alveg sama hvaða líkan það er svo framarlega sem það er gagnlegt fyrir fyrirtæki þeirra,“ segir sérfræðingur Briss. — Það er ekkert líkan sem gæti staðið sig betur en klassísk reiknirit. Við þurfum virkilega að bíða þangað til skammtatölvubúnaðurinn fer að batna.“

Katie Pooley, rannsóknarfélagi IBM, skoðar frystistillinn sem hjálpar skammtatölvum að halda hitastigi lágu. Mynd: Andy Aaron, IBM

Stóra vandamálið er enn skortur á tölvuorku. Gert er ráð fyrir að skammtafræðileg yfirráð krefjist tölvu með 50 qubits krafti. Þrátt fyrir að þessi áfangi hafi náðst á rannsóknarstofunni er hann ekki varanlegur og getur ekki staðist. Reyndar geta qubitar verið bæði háðir villum og óstöðugir, sem leiðir til vandamála með kynslóð þeirra og dregur úr möguleikum þeirra.

Annar mikilvægur þáttur er meira efni. Skammtatölvur verða að vera algjörlega einangraðar frá umhverfi sínu til að virka og þurfa mjög lágt hitastig. Jafnvel minnsti titringur getur valdið því að qubitar hrynja, hent þeim úr ofurstöðu, rétt eins og barn sem bankar í borð veldur því að mynt sem snúast falla á borðið.

Fyrri skammtatölvur, eins og IBM Q System One, eru svo fyrirferðarmiklar að nauðsynleg einangrun og kæliskilyrði verða algjör áskorun. Það sem eykur þetta vandamál er skortur á nauðsynlegum íhlutum: ofurleiðandi snúrum og lághita ísskápum. Þeir eru í miklum skorti.

Á endanum þýðir þetta að þó að þekking sé að batna og tæknin fleygir fram, þá er skammtatölvun samt ekki framkvæmanleg.

„Ein af áskorunum í vinnuhópnum mínum er að vinna með efni, sílikon, málma, þannig að við getum búið til mjög einsleitt umhverfi,“ sagði Clark hjá Intel. - Þetta er í rauninni besta hálfleiðaratæknin. Tæknin sem við þurfum til að búa til skammtatölvur í mælikvarða er ekki til ennþá.“
Annað vandamál er að skammtatölvur hafa óneitanlega möguleika á að veita ófyrirséða tölvuafl. Hins vegar eru ekki margir í þessum heimi sem hafa í raun reynslu af forritun eða stjórnun þessara kerfa og hugsanlegir kaupendur eru heillaðir við að reyna að finna út hvernig á að nota það í raun.

Skammtahlaupið mikla

Sérfræðingar segja að IBM sé um þessar mundir að leiða skammtatölvukapphlaupið þökk sé takmörkuðu viðskiptalegu framboði á IBM Q System One. Vegna þess að það er aðgengilegt í gegnum skýið getur IBM viðhaldið þessum sérstöku skilyrðum til að halda þessari skammtatölvu virkum en samt leyfa völdum viðskiptavinum að nota hana.

„Ég held að [skammtatölva IBM] sé að rokka,“ sagði sérfræðingur Briss. „Ég held að skammtatölvuna sem þjónustulíkan sé rétta líkanið. Með því að setja það í ílát og meðhöndla það sérstaklega eru þeir virkilega að reyna að bæta gæði þess.“

Sarah Sheldon hjá IBM og Pat Gumann eru að vinna að upplausnarkæli sem kælir skammtatölvur. Mynd: IBM

Á sama tíma taka sérfræðingar fram að allir leikmenn á þessum markaði geti slegið í gegn hvenær sem er sem gerir honum kleift að komast áfram og að þetta sé enn nauðsynleg samkeppni.

Mismunandi upplýsingatæknirisar nálgast þetta vandamál á mismunandi hátt. Intel, IBM, Google og skammtatölvuframleiðandinn Rigetti eru að byggja upp kerfi sem byggjast á ofurleiðararásum, knúin af nýjustu ofurtölvum.

Microsoft er að taka allt aðra og kannski áhættusamari nálgun í að reyna að búa til betri qubit. Topological qubit sem Microsoft er að reyna að búa til brot rafeindir til að geyma upplýsingar á mörgum stöðum í einu, sem gerir það stöðugra og minna viðkvæmt fyrir eyðileggingu. Það er minna öflugt en það sem keppinautar þess eru að reyna að byggja, en niðurstaðan væri stórt skref fram á við fyrir allt sviði skammtafræðinnar, sagði sérfræðingur Hopkins.

„Þeir eru í fjárhættuspili og margir halda að þeir muni aldrei ná árangri,“ sagði Hopkins.

Í ævintýralegri hliðinni eru sprotafyrirtæki eins og IonQ og D-Wave að veðja á háþróaða tækni eins og jónagildrun og skammtahreinsun. Einfaldlega sagt, þeir eru að reyna á mismunandi vegu að ná meiri frammistöðu og stöðugleika frá hverjum qubit, með því að nota alveg nýjar aðferðir.

„Þetta gerir okkur kleift að smíða skammtatölvu sem leysir flókin vandamál og heldur áfram að gera það,“ sagði Mark Johnson, varaforseti örgjörva og skammtavöruhönnunar og þróunar hjá D-Wave, við Business Insider.

IBM skammtavísindamaður gengur um IBM Q Computing Center við Thomas J. Watson rannsóknarmiðstöðina í Yorktown Heights, New York. Mynd: Connie Zhou fyrir IBM

Quantum gangsetning

Aukningin í skammtafræði hefur vakið áhuga fjárfesta á tengdum sprotafyrirtækjum. Robert Sutor hjá IBM áætlar að um 100 skammtafræðihugbúnaður, vélbúnaður og jafnvel ráðgjafafyrirtæki séu til um allan heim. Þetta er lítið miðað við risastóra sprotamarkaðinn, en mun stærra en áður.

„Ég hef verið í þessu rými lengi, alveg frá upphafi,“ sagði Monroe hjá IonQ. — Lengi vel var hún á frumstigi, þar til fyrir 5-8 árum vakti hún athygli og miklar fjárfestingar. Það varð ljóst að tíminn var kominn."

Chris Monroe, forstjóri og annar stofnandi skammtatölvu gangsetningarfyrirtækisins IonQ. Mynd: IonQ

Sumir, eins og Rigetti, eru tilbúnir til að fara frá tá til táar með tæknitítanum með eigin skammtaflísum og háþróuðu skammtatölvukerfi.

„Þetta er kjarninn í viðskiptum okkar,“ sagði Betsy Masiello, varaforseti vöru hjá Rigetti, við Business Insider. — Það eru mörg fyrirtæki á sviði skammtafræðinnar sem eru að vinna að hugbúnaðarforritum á sviði skammtatölvunar. Við framleiðum örflögur og smíðum tölvukerfi.“

Matthew Kinsella, framkvæmdastjóri Maverick Ventures, segir að hann sé bullandi á sviði skammtafræði. Fyrirtæki hans hefur gengið svo langt að fjárfesta í ColdQuanta, fyrirtæki sem framleiðir búnað sem notaður er í skammtakerfi. Hann býst við að skammtatölvur muni standa sig betur en kerfi nútímans innan fimm til XNUMX ára. Maverick Ventures veðjar á langtímann.

„Ég trúi virkilega á skammtatölvu, þó að það gæti tekið lengri tíma en búist var við áður en skammtatölva verður betri en hefðbundin tölva til að leysa hversdagsleg vandamál. Við munum líklega sjá ávinninginn af skammtatölvum við að leysa smærri vandamál á næstu árum,“ sagði Kinsella.

D-Wave's 2000Q Systems rannsóknarstofur. Mynd: D-Wave

Kinsella, eins og sérfræðingarnir sem við ræddum við, á von á svokölluðum „skammtavetri“. Það gæti verið efla í kringum skammtatölvur, en fólk er að gera sér vonir um, vara sérfræðingar við. Vélarnar eru ekki enn fullkomnar og það munu líða mörg ár þar til fjárfestar sjá árangur.

Í samhengi

Jafnvel umfram skammtafræðiyfirburði fullvissa sérfræðingar okkur um að enn sé staður fyrir hefðbundnar tölvur og ofurtölvur. Þangað til eru enn kostnaðar-, stærð-, áreiðanleika- og vinnsluorkumál sem þarf að vinna úr áður en við getum rætt það.

„Við þurfum að draga andann,“ sagði sérfræðingur Briss. „Það er margt spennandi að gerast á þessu svæði sem tekur tíma.“ Það er samsteypa eðlisfræði, tölvunarfræði og í hreinskilni sagt vísindagreiningu. Við þyrftum ekki að kynna okkur þetta ef við vissum öll svörin en það er mikil rannsóknarvinna framundan.“

Rigetti skammtatölva. Mynd: Rigetti

Hins vegar er ljóst fyrir marga að þetta er framtíðin. Rétt eins og framleiðendur fyrstu stórtölvunnar gerðu sér ekki grein fyrir því að þetta myndi á endanum leiða til fleiri snjallsíma í lófastærð. Skammtatölva gæti verið fyrsta skrefið á alveg nýja braut.

Fáir, eins og Todd Holmdahl, framkvæmdastjóri fyrirtækjastjórnunar hjá Microsoft, eru nógu bjartsýnir til að segja að það gæti verið mikilvægara en gervigreind og vélanám í dag. Hann sagði börnum sínum að þau ættu að gera það sem þau hafa brennandi áhuga á og að þau gætu alltaf fengið vinnu við gervigreind. Nú mun hann segja það sama um skammtafræði.

„Þetta er svæði sem mun þróast. Við þurfum fólk til að fylla það og koma í veg fyrir að það visni,“ sagði Holmdahl. „Það gegnir mikilvægu hlutverki í okkar kynslóð og gefur okkur tækifæri til að skapa ótrúlega hluti í framtíðinni.

Heimild: www.habr.com