Джим Кларк, Intel компаниясының кванттық аппаратурасының директоры, компанияның кванттық процессорларының бірімен. Фото; Intel
- Кванттық компьютерлер - бұрын шешілмейтін мәселелерді шешу үшін қуатты есептеу мүмкіндіктерін құруға уәде беретін өте қызықты технология.
- Сарапшылардың пікірінше, IBM кванттық есептеулерде көш бастады, сондықтан Google, Intel, Microsoft және көптеген стартаптар оның ықпалында.
- Инвесторлар нарықты бұзуы мүмкін IonQ, ColdQuanta, D-Wave Systems және Rigetti сияқты кванттық есептеуіш стартаптарға тартылады.
- Дегенмен, бір қулық бар: қазіргі заманғы кванттық компьютерлер, әдетте, бүгінгі суперкомпьютерлер сияқты қуатты немесе сенімді емес, сонымен қатар олар іске қосу және жүктеу үшін арнайы шарттарды қажет етеді.
Қаңтар айында IBM компаниясы IBM Q System One, бизнес үшін қол жетімді әлемдегі алғашқы кванттық компьютерді жариялаған кезде толқындар жасады. Құрылғы көлемі 9 текше фут болатын жылтыр шыны қорапта орналастырылған.
Бұл әлі де зерттеу зертханаларында орналасқан кванттық компьютерлер үшін маңызды кезең. IBM мәліметтері бойынша, сатып алушылар қазірдің өзінде химия, материалтану, азық-түлік өндірісі, аэроғарыш өнеркәсібі, дәрі-дәрмек жасау, қор нарығын болжау және тіпті климаттың өзгеруі сияқты әртүрлі салаларда уәде беретін технологияға қол жеткізгісі келеді.
IBM Q System One. Фото: IBM
Толқудың себебі - кванттық компьютердің әдеттегі жүйеге қарағанда экспоненциалды түрде көбірек ақпаратты өңдеуге мүмкіндік беретін сиқырлы қасиеттері бар. Кванттық компьютер өте жылдам компьютер ғана емес, дәлірек айтқанда, бұл түбегейлі қайта қарауды қажет ететін мүлдем басқа есептеу парадигмасы.
Технологиялар жарысында осы технологияның мүмкіндіктерін пайдаланған компания жеңімпаз болады. IBM, Microsoft, Google және басқа да технологиялық алпауыттар, сондай-ақ стартаптар осы технологияға бәс тігуде.
Business Insider IBM Q Strategy және Ecosystem вице-президенті Боб Сутордан осы жүйелерді адамдарға қалай қолжетімді ету керектігі туралы сұрады: Адамдар оларға қалай қол жеткізе алады? Көптеген адамдар өз міндеттерін орындау үшін кванттық компьютерлерді пайдалануды қалай үйрене алады?
Кеңседе кванттық компьютерлерді жақын арада көру мүмкіндігі аз. Біз сөйлескен сарапшылар IBM үшін қол жетімді болғанына қарамастан, кванттық есептеулер шын мәнінде негізгі ағымға жеткенше тағы бес-он жыл болады деп сенеді. IBM Q System One қазіргі уақытта тұтынушыларды таңдау үшін бұлттық есептеу қызметі ретінде ғана қолжетімді. Адамдар мұндай нәрсені сатып алып, оны өз мақсаттары үшін іске қосу үшін біраз уақыт қажет.
Шынында да, сарапшылар кванттық компьютерлердің үлкен үміт күтетінін айтады, бірақ олар жаппай өндірістен алыс. Олар өте нәзік және жұмыс істеу үшін ерекше жағдайларды қажет етеді. Оның үстіне, бүгінгі күні кванттық компьютерлер бізде бар компьютерлер сияқты сенімді немесе қуатты емес.
«Шамамен он жылдан кейін кванттық компьютер сіздің немесе менің өміріңізді өзгертеді деп сенеміз», - деді Джим Кларк, Intel кванттық аппаратурасының директоры Business Insider-ге. – Расында, біз қазір марафонның бірінші милясында ғана тұрмыз. Бұл бізді алаңдатпайды дегенді білдірмейді ».
Кванттық компьютер дегеніміз не?
Билл Гейтс бір кездері кванттық математика оның түсінігінен тыс екенін айтты, бірақ бәрі бірдей келісе бермейді.
«Кванттық физика физика және ол тым күрделі деген қате түсінік», - дейді Крис Монро, IonQ бас директоры және негізін қалаушы, Business Insider. «Көптеген адамдарға түсініксіз ететін нәрсе - бұл түсініксіз, бірақ ол сізге түсініксіз болғандай маған да түсініксіз». Егер бір нәрсе суперпозицияда болуы мүмкін болса, ол бір уақытта екі күйде болуы мүмкін дегенді білдіреді. Бұл біртүрлі, өйткені біз мұны нақты әлемде бастан кешірмейміз ».
Біз пайдаланған компьютерлер деректерді екілік код деп аталатын 1 немесе 0 жолы ретінде көрсетеді. Дегенмен, кванттық компьютер деректерді бір уақытта 1, 0 немесе ең бастысы екі сан ретінде көрсете алады.
Жүйе бір уақытта бірнеше күйде бола алатын болса, ол кванттық есептеулердің сиқырлы болып көрінетін қасиеттерінің бірі болып табылатын «суперпозиция» деп аталады. Мұндағы тағы бір негізгі принцип – екі бөлшектің физикалық тұрғыдан бір-бірінен қаншалықты алыс болса да, тамаша синхронды түрде қозғалуына мүмкіндік беретін кванттық қасиет болып табылатын «шамалау».
Түсіндіреді Scientific American тілінде бұл екі қасиет біріктіріліп, қазіргі нарықтағы кез келген жүйеге қарағанда әлдеқайда көп деректерді бір уақытта өңдей алатын компьютерді шығарады.
Кванттық компьютердің қуаты кванттық компьютердегі негізгі өлшем бірлігі болып табылатын кубиттермен өлшенеді. Заманауи компьютерлерде 32 биттік немесе 64 биттік процессорлар болғаны сияқты (бірден қанша деректерді өңдей алатынының көрсеткіші), көп квитті кванттық компьютердің өңдеу қуаты айтарлықтай жоғары.
Кванттық компьютердің ішінде. Фото: IBM
Аспан - бұл шек
Мұның бәрі кванттық компьютердің бұрын есептеу қуатымен шектелген мәселелерді шеше алатынын білдіреді.
Мысалы, кванттық компьютер атақты саяхатшы сатушы мәселесін, үйге қайтқанға дейін бірнеше қалалар арасындағы ең қысқа жолды табуды талап ететін күрделі есептеу мәселесін өрескел шеше алады. Бұл қарапайым болып көрінеді, бірақ егер сіз оны математикалық тұрғыдан қарасаңыз, оның бағытына көбірек қалаларды қосқан сайын жалғыз оңтайлы жолды табу қиындай түседі.
Сол сияқты, кванттық компьютер оңтайлы шешімдерді табу үшін қаржылық, фармацевтикалық немесе климаттық деректердің үлкен көлемін сүзіп, ең қиын, ең көп уақытты қажет ететін мәселелерден өте алады. Шынында да, D-Wave кванттық стартапы қазірдің өзінде Volkswagen компаниясымен көлік жүргізу үлгілерін талдау және заттардың түбіне жету үшін жаппай шуды електен өткізу үшін ынтымақтасады.
Оның криптография саласындағы пайдалылығы талқыланады. Кванттық компьютер бұрын белгілі шифрдан өзгеше шифрлау әдісін меңгеруге қабілетті, ол тіпті мемлекеттік құпияларды да оңай шешуге мүмкіндік береді. Бұл пайдалы мүмкіндікке жаһандық үкіметтер тарапынан үлкен қызығушылық бар, ал белсенділер кванттық есептеулердің пайда болуы құпиялылықты бұзуы мүмкін деп қорқады.
Физика мәселесі
«Кванттық есептеулер әлі бастапқы кезеңдерінде болғандықтан, дәлелденбеген көптеген ақпарат бар», - деді Мэттью Брис, Gartner компаниясының ҒЗТКЖ вице-президенті. «Бірақ сатып алушылар өздерінің бизнесі үшін кванттық есептеулердің бәсекелестік артықшылықтарын анықтау үшін қосымшаларды іздеуде», - дейді ол.
Барлық дүрбелеңге қарамастан, сарапшылар кванттық компьютерлер 1950 жылдардағы дербес компьютерлер сияқты алдыңғы қатарда емес деп санайды. Әрине, олар қарқын алуда, бірақ баяу.
«Кванттық есептеулерді баяу жүретін пойызбен салыстыруға болады», - деді Брайан Хопкинс, Forrester компаниясының вице-президенті және бас талдаушысы Business Insider басылымына. «Егер ол секундына бір дюйм қозғалса, бір айдан кейін ол секундына екі дюймді өтеді». Жақында ол тезірек қозғала бастайды ».
Ендігі үлкен мәселе - кванттық компьютер классикалық компьютер жасай алмайтын нәрсені жасай алмайды. Өнеркәсіп кванттық компьютерлер ағымдағы шектеулерден асып түсетін кванттық үстемдік деп аталатын сәтті асыға күтуде.
«Клиенттер бізге келгенде, ең бастысы, олардың бизнесі үшін пайдалы болғанша оның қандай модель екені маңызды емес», - дейді сарапшы Брис. — Классикалық алгоритмдерден асып түсетін модель жоқ. Біз кванттық компьютерлік жабдық жақсара бастағанша күтуіміз керек».
IBM зерттеушісі Кэти Пули кванттық компьютерлерге температураны төмен ұстауға көмектесетін криостатты зерттейді. Сурет: Энди Аарон, IBM
Үлкен мәселе - есептеу қуатының жетіспеушілігі. Кванттық үстемдік үшін қуаты 50 квбит болатын компьютер қажет болады деп болжануда. Бұл межеге зертханада қол жеткізілгенімен, ол тұрақты емес және тұрақты емес. Шынында да, кубиттер қателерге ұшырауы мүмкін және тұрақсыз болуы мүмкін, бұл олардың генерациясында проблемаларға әкеледі және олардың әлеуетін төмендетеді.
Тағы бір маңызды фактор - көбірек материал. Кванттық компьютерлер жұмыс істеуі үшін қоршаған ортадан толығымен оқшауланған болуы керек және өте төмен температураны қажет етеді. Тіпті ең кішкентай тербелістердің өзі кубиттердің құлап, оларды суперпозициядан лақтырып жіберуі мүмкін, мысалы, үстелді қағып тұрған бала айналдыратын монеталардың үстелге түсуіне себеп болады.
IBM Q System One сияқты алдыңғы кванттық компьютерлердің көлемі соншалық, қажетті оқшаулау және салқындату шарттары нақты қиындыққа айналады. Бұл мәселені күшейту - қажетті компоненттердің жетіспеушілігі: асқын өткізгіш кабельдер мен төмен температуралы тоңазытқыштар. Олар қатты тапшылықта.
Сайып келгенде, бұл білім жетілдіріліп, технология дамып жатқанымен, кванттық есептеулер әлі де іс жүзінде мүмкін емес дегенді білдіреді.
«Менің жұмыс тобымдағы қиындықтардың бірі - біз өте біртекті орта жасай алатындай етіп материалдарды, кремнийді, металдарды өңдеу», - деді Intel компаниясынан Кларк. - Бұл негізінен жартылай өткізгіштердің ең жақсы технологиясы. Бізге масштабта кванттық есептеулерді жасау керек технологиялар әлі жоқ ».
Тағы бір мәселе, кванттық компьютерлердің күтпеген есептеу қуатын қамтамасыз ету мүмкіндігі бар. Дегенмен, бұл әлемде бұл жүйелерді бағдарламалау немесе пайдалану тәжірибесі бар адамдар көп емес және әлеуетті сатып алушылар оны қалай пайдалану керектігін анықтауға тырысады.
Ұлы кванттық жарыс
Сарапшылардың айтуынша, IBM қазіргі уақытта IBM Q System One шектеулі коммерциялық қолжетімділігінің арқасында кванттық есептеулер жарысында көш бастап тұр. Оған бұлт арқылы қол жеткізілетіндіктен, IBM бұл кванттық компьютердің жұмыс істеуін сақтау үшін осы арнайы шарттарды сақтай алады, сонымен бірге таңдаулы тұтынушыларға оны пайдалануға мүмкіндік береді.
«Менің ойымша, [IBM кванттық компьютері] тербеледі», - деді сарапшы Брис. «Менің ойымша, кванттық есептеулер сервистік модель ретінде дұрыс үлгі». Оны контейнерге салып, арнайы өңдеу арқылы олар оның сапасын жақсартуға тырысады».
IBM сарапшылары Сара Шелдон мен Пэт Гуманн кванттық компьютерлерді салқындататын еріткіш тоңазытқышта жұмыс істеуде. Фото: IBM
Сонымен қатар, сарапшылар бұл нарықтағы ойыншылардың кез келгені оның алға шығуына мүмкіндік беретін кез келген сәтте серпіліске ие болуы мүмкін екенін және бұл әлі де қажет бәсекелестік екенін атап өтеді.
Әртүрлі IT гиганттары бұл мәселеге басқаша қарайды. Intel, IBM, Google және кванттық есептеулер стартапы Rigetti - заманауи суперкомпьютерлерден қуат алатын асқын өткізгіш схемаларға негізделген жүйелерді құру.
жақсы кубит құруға тырысуда мүлдем басқа және мүмкін тәуекелді тәсілді қолданады. Microsoft корпорациясы ақпаратты бір уақытта бірнеше жерде сақтау үшін электрондардың фрагменттерін жасауға тырысатын топологиялық кубит оны тұрақтырақ және жойылуға бейімді етеді. Бұл оның бәсекелестері құруға тырысатын нәрсеге қарағанда берік емес, бірақ нәтиже кванттық есептеулердің бүкіл саласы үшін алға жасалған үлкен қадам болар еді, дейді сарапшы Хопкинс.
«Олар көптеген адамдар ешқашан табысқа жете алмайды деп ойлайтын құмар ойында», - деді Хопкинс.
Шытырман жағына қарай, IonQ және D-Wave сияқты стартаптар иондарды ұстау және кванттық күйдіру сияқты озық технологияларға ставка жасайды. Қарапайым тілмен айтқанда, олар мүлдем жаңа әдістерді қолдана отырып, әр кубиттен жоғары өнімділік пен тұрақтылыққа жету үшін әртүрлі тәсілдермен тырысады.
«Бұл бізге күрделі мәселелерді шешетін кванттық компьютерді құруға мүмкіндік береді және осылайша үздіксіз ілгерілейді», - деді Марк Джонсон, D-Wave компаниясының процессорлар мен кванттық өнімді жобалау және әзірлеу жөніндегі вице-президенті Business Insider.
IBM кванттық ғалымы Нью-Йорк, Йорктаун Хайтс қаласындағы Томас Дж. Уотсон зерттеу орталығындағы IBM Q есептеу орталығын аралап жүр. Фото: IBM үшін Конни Чжоу
Кванттық стартаптар
Кванттық есептеулердің өсуі инвесторлардың тиісті стартаптарға қызығушылығының толқынын тудырды. IBM компаниясынан Роберт Сутор дүние жүзінде 100-ге жуық кванттық бағдарламалық қамтамасыз ету, аппараттық құралдар және тіпті кеңес беретін стартаптар бар деп есептейді. Бұл үлкен стартаптар нарығымен салыстырғанда шағын, бірақ бұрынғыдан әлдеқайда үлкен.
«Мен бұл кеңістікте ең басынан бері ұзақ болдым», - деді IonQ Монро. — Ұзақ уақыт бойында қалыптасып, 5-8 жылға дейін ел назарын аударып, орасан зор инвестиция тартып келді. Уақыты келгені белгілі болды».
Крис Монро, IonQ кванттық есептеулер стартапының бас директоры және негізін қалаушы. Фото: IonQ
Кейбіреулер, мысалы, Ригетти, өздерінің кванттық чиптері мен күрделі кванттық есептеу жүйелері бар технологиялық титандармен аяғына дейін баруға дайын.
«Бұл біздің бизнесіміздің өзегі», - деді Бетси Масиелло, Rigetti компаниясының өнім жөніндегі вице-президенті Business Insider-ге. — Кванттық кеңістікте кванттық есептеулер саласындағы бағдарламалық қосымшалармен жұмыс істейтін көптеген компаниялар бар. Біз микрочиптерді шығарамыз және есептеу жүйелерін жасаймыз ».
Мэттью Кинселла, Maverick Ventures компаниясының басқарушы директоры, оның кванттық есептеулер саласында өсетінін айтады. Оның компаниясы кванттық жүйелерде қолданылатын жабдықты жасайтын ColdQuanta компаниясына инвестиция салуға дейін барды. Ол кванттық компьютерлер XNUMX-XNUMX жыл ішінде қазіргі жүйелерден асып түседі деп күтеді. Maverick Ventures ұзақ мерзімді перспективаға ставка жасайды.
«Мен кванттық есептеулерге шынымен сенемін, дегенмен кванттық компьютер күнделікті мәселелерді шешу үшін дәстүрлі компьютерден жақсырақ болғанша күткеннен ұзағырақ уақыт кетуі мүмкін. Біз алдағы бірнеше жылда шағын ауқымды мәселелерді шешуде кванттық компьютерлердің пайдасын көретін шығармыз», - деді Кинселла.
D-Wave 2000Q Systems зертханалары. Фото: D-Wave
Кинселла, біз сөйлескен сарапшылар сияқты, «кванттық қыс» деп аталатын кезеңді күтуде. Кванттық компьютерлердің айналасында хайп болуы мүмкін, бірақ адамдар үміт артуда, деп ескертеді сарапшылар. Машиналар әлі жетілдірілмеген және инвесторлар нәтижені көргенше бірнеше жыл өтеді.
Перспективада
Тіпті кванттық үстемдіктен тыс, сарапшылар дәстүрлі компьютерлер мен суперкомпьютерлерге әлі де орын бар деп сендіреді. Осы уақытқа дейін біз оны талқыламас бұрын әлі де шешуге болатын баға, өлшем, сенімділік және өңдеу қуаты мәселелері бар.
«Біз дем алуымыз керек», - деді сарапшы Брис. «Бұл салада уақытты қажет ететін көптеген қызықты істер болып жатыр». Бұл физика, информатика және шынын айтқанда, ғылыми талдаудың конгломераты. Егер біз барлық жауаптарды білсек, мұны зерттеудің қажеті болмас еді, бірақ алда көптеген зерттеу жұмыстары күтіп тұр».
Ригетти кванттық компьютері. Сурет: Ригетти
Дегенмен, көпшілік үшін бұл болашақ екені анық. Алғашқы негізгі компьютерді жасаушылар бұл ақыр соңында алақан өлшеміндегі смартфондарға әкелетінін түсінбеген сияқты. Кванттық компьютер мүлдем жаңа жолдағы алғашқы қадам болуы мүмкін.
Майкрософт корпорациясының корпоративтік басқару жөніндегі вице-президенті Тодд Холмдахл сияқты, бүгінгі күні жасанды интеллект пен машиналық оқытудан гөрі маңыздырақ болуы мүмкін деп айтуға оптимистік көзқарастар аз. Ол балаларына өздеріне ұнайтын іспен айналысу керектігін және әрқашан жасанды интеллектке жұмысқа тұруға болатынын айтатын. Енді ол кванттық есептеулер туралы да айтады.
«Бұл дамитын сала. Бізге оны толтырып, солып қалмауы үшін адамдар керек », - деді Холмдал. «Бұл біздің ұрпақ үшін маңызды рөл атқарады, бізге болашақта таңғажайып нәрселер жасауға мүмкіндік береді».
Ақпарат көзі: www.habr.com