Квантното пресметување може да промени сè, а IBM се трка со Microsoft, Intel и Google за да го совлада

Џим Кларк, директор за квантен хардвер во Интел, со еден од квантните процесори на компанијата. Фотографија; Интел

• Квантните компјутери се исклучително возбудлива технологија која ветува создавање моќни компјутерски способности за решавање на претходно нерешливите проблеми.
• Експертите велат дека IBM го предводи патот во квантното пресметување, поради што Google, Intel, Microsoft и мноштво стартапи се под негово влијание.
• Инвеститорите се привлечени од стартапи за квантно компјутери, вклучувајќи ги IonQ, ColdQuanta, D-Wave Systems и Rigetti, кои би можеле да го нарушат пазарот.
• Како и да е, постои финта: модерните квантни компјутери генерално не се толку моќни или сигурни како денешните суперкомпјутери, а исто така бараат посебни услови за стартување и подигнување.

Во јануари, IBM направи бранови кога го објави IBM Q System One, првиот квантен компјутер во светот достапен за бизнис. Уредот беше сместен во елегантно стаклено куќиште со волумен од 9 кубни стапки.

Ова е важна пресвртница за квантните компјутери, кои сè уште се наоѓаат во истражувачки лаборатории. Според IBM, купувачите веќе бараат да ја фатат технологијата, која ветува во различни области: хемијата, науката за материјали, производството на храна, воздушната, развојот на лекови, прогнозирањето на берзата, па дури и климатските промени.

IBM Q System One. Фото: IBM

Причината за возбудата е што квантниот компјутер има навидум магични својства кои му овозможуваат да обработува експоненцијално повеќе информации отколку конвенционалниот систем. Квантен компјутер не е само многу брз компјутер, поточно, тој е сосема поинаква компјутерска парадигма која бара радикално преиспитување.

Победник во технолошката трка ќе биде компанијата која ќе ги искористи можностите што ги дава оваа технологија. На оваа технологија се обложуваат IBM, Microsoft, Google и други технолошки гиганти, како и стартапи.

Business Insider го праша потпретседателот на IBM Q Strategy and Ecosystem Bob Sutor за тоа како да ги направи овие системи достапни за луѓето: Како луѓето ќе пристапат до нив? Како многу луѓе можат да научат да користат квантни компјутери за извршување на нивните задачи?

Има мали шанси наскоро да видите квантни компјутери во канцеларијата. Експертите со кои разговаравме веруваат дека и покрај тоа што ќе бидат достапни за IBM, ќе поминат уште пет до десет години пред квантното пресметување навистина да се појави на мејнстримот. IBM Q System One моментално е достапен само како облак-компјутерска услуга за одредени клиенти. Ќе помине некое време додека луѓето можат да купат вакво нешто и да го стават во функција за свои цели.

Навистина, експертите велат дека квантните компјутери даваат големо ветување, но тие се далеку од масовно производство. Тие се исклучително кревки и бараат посебни услови за работа. Покрај тоа, квантните компјутери денес не се толку сигурни или моќни како компјутерите што веќе ги имаме.

„Веруваме дека за околу десет години, квантен компјутер ќе го промени вашиот или мојот живот“, изјави за Business Insider Џим Кларк, директор за квантен хардвер во Интел. - Всушност, сега сме само на првата милја од маратонот. Тоа не значи дека не сме загрижени за тоа“.

Што е квантен компјутер?

Бил Гејтс еднаш рече дека математиката зад квантумот е надвор од неговото разбирање, но не сите се согласија.

„Тоа е малку заблуда дека квантната физика е физика и дека е премногу комплицирана“, изјави Крис Монро, извршен директор и ко-основач на IonQ, за Business Insider. „Она што го прави несфатливо за многу луѓе е тоа што е неразбирливо, но за мене е неразбирливо исто како што е за вас“. Ако нешто може да биде во суперпозиција, тоа значи дека може да биде во две состојби истовремено. Чудно е затоа што не го доживуваме ова во реалниот свет“.

Компјутерите што ги користевме ги прикажуваат податоците како низа од 1 или 0 наречени бинарен код. Сепак, квантен компјутер може да ги претстави податоците како 1, 0 или, што е најважно, двата броја во исто време.

Кога системот може да биде во повеќе од една состојба во исто време, тој се нарекува „суперпозиција“, една од навидум магичните својства на квантното пресметување. Другиот клучен принцип овде е „заплеткање“, што е квантно својство кое им овозможува на две честички да се движат во совршена синхронизација, без разлика колку се физички оддалечени една од друга.

Како што објаснува Член во Scientific American, овие два квалитети се комбинираат за да создадат компјутер кој може да обработува многу повеќе податоци истовремено од кој било систем на пазарот денес.

Моќта на квантен компјутер се мери во кубити, основната мерна единица во квантен компјутер. Исто како што современите компјутери имаат 32-битни или 64-битни процесори (мерка за тоа колку податоци можат да обработат одеднаш), квантниот компјутер со повеќе кубити има значително поголема процесорска моќ.

Внатре во квантен компјутер. Фото: IBM

Небото е граница

Сето ова значи дека квантен компјутер може да решава проблеми кои претходно биле ограничени со компјутерската моќ.

На пример, квантен компјутер би можел грубо да го реши проблемот со познатиот патувачки продавач, комплексен пресметковен проблем кој бара да се најде најкратката рута помеѓу повеќе градови пред да се врати дома. Звучи едноставно, но ако го погледнете математички, наоѓањето на единствената оптимална патека станува потешко бидејќи додавате повеќе градови на нејзината рута.

Слично на тоа, квантен компјутер би можел да се пробие низ најтешките проблеми кои одземаат многу време, пребарувајќи низ огромни количини финансиски, фармацевтски или климатски податоци за да најде оптимални решенија. Навистина, квантниот стартап D-Wave веќе соработува со Volkswagen за да ги анализира шемите на возење и да ги просее огромните количества бучава за да дојде до дното на работите.

Се дискутира за неговата корисност во областа на криптографијата. Квантен компјутер е способен да совлада метод на шифрирање кој се разликува од претходно позната шифра, што му овозможува лесно да ги дешифрира дури и државните тајни. Постои голем интерес од глобалните влади за оваа корисна карактеристика, додека активистите стравуваат дека појавата на квантните компјутери може да ја уништи приватноста.

Проблем со физика

„Бидејќи квантното пресметување е сè уште во раните фази, има многу информации кои остануваат недокажани“, рече Метју Брис, потпретседател за истражување и развој во Гартнер. „Но, купувачите веќе бараат апликации за да ги одредат конкурентските предности на квантното пресметување за нивниот бизнис“, вели тој.
И покрај сета возбуда, експертите веруваат дека квантните компјутери се подалеку од водечките како компјутерите во 1950-тите. Секако дека земаат замав, но полека.
„Квантното пресметување може да се спореди со воз кој бавно се движи“, изјави за Business Insider Брајан Хопкинс, потпретседател и главен аналитичар во Форестер. „Ако се движи по еден инч во секунда, тогаш за еден месец веќе ќе помине два инчи во секунда“. Наскоро тој ќе почне да се движи побрзо“.

Големиот проблем сега е што квантниот компјутер не може да направи нешто што класичниот компјутер не може да го направи. Индустријата со нетрпение го очекува моментот наречен квантна надмоќ, кога квантните компјутери ќе ги надминат сегашните ограничувања.

„Кога клиентите доаѓаат кај нас, главната работа што ни ја кажуваат е дека не им е грижа каков модел е се додека е корисен за нивниот бизнис“, вели аналитичарот Брис. - Не постои модел кој би можел да ги надмине класичните алгоритми. Навистина треба да почекаме додека хардверот на квантниот компјутер не почне да се подобрува“.

Соработник на IBM Research, Кејти Пули, го испитува криостатот кој им помага на квантните компјутери да ги задржат температурите на ниско ниво. Фото: Енди Арон, IBM

Голем проблем останува недостатокот на компјутерска моќ. Се претпоставува дека за квантната надмоќ ќе биде потребен компјутер со моќност од 50 кјубити. Иако оваа пресвртница е постигната во лабораторија, таа не е трајна и не може да се одржи. Навистина, кубитите можат да бидат и предмет на грешки и нестабилни, што доведува до проблеми со нивното производство и го намалува нивниот потенцијал.

Друг важен фактор е повеќе материјал. Квантните компјутери мора да бидат целосно изолирани од нивната околина за да функционираат и бараат многу ниски температури. Дури и најмалите вибрации можат да предизвикаат колапс на кјубитите, исфрлајќи ги од суперпозиција, исто како што детето што чука на маса предизвикува монетите што се вртат да паднат на масата.

Претходните квантни компјутери, како што е IBM Q System One, се толку обемни што потребната изолација и условите за ладење стануваат вистински предизвик. Влошување на овој проблем е недостигот на неопходни компоненти: суперспроводливи кабли и фрижидери со ниски температури. Тие се во сериозен недостиг.

На крајот на краиштата, ова значи дека иако знаењето се подобрува и технологијата напредува, квантното пресметување сè уште не е практично изводливо.

„Еден од предизвиците во мојата работна група е манипулирање со материјали, силициум, метали, за да можеме да создадеме многу хомогена средина“, рече Кларк од Интел. - Ова е во основа најдобрата полупроводничка технологија. Технологиите што ни се потребни за да создадеме квантно пресметување во обем сè уште не постојат“.
Друг проблем е што квантните компјутери имаат неоспорен потенцијал да обезбедат непредвидена компјутерска моќ. Сепак, нема многу луѓе на овој свет кои навистина имаат искуство со програмирање или управување со овие системи, а потенцијалните купувачи се фасцинирани обидувајќи се да дознаат како всушност да го користат.

Големата квантна трка

Аналитичарите велат дека IBM моментално води во трката за квантни компјутери благодарение на ограничената комерцијална достапност на IBM Q System One. Бидејќи до него се пристапува преку облакот, IBM може да ги одржува овие посебни услови за да го одржи овој квантен компјутер да функционира, додека сè уште им дозволува на одредени клиенти да го користат.

„Мислам дека [квантниот компјутер на IBM] се лула“, рече аналитичарот Брис. „Мислам дека квантното пресметување како сервисен модел е вистинскиот модел“. Со ставање во контејнер и конкретно третирање, тие навистина се обидуваат да го подобрат квалитетот на истиот“.

Сара Шелдон и Пет Гуман од IBM работат на фрижидер за растворање што ги лади квантните компјутери. Фото: IBM

Во исто време, аналитичарите забележуваат дека секој од играчите на овој пазар може да има пробив во секој момент што ќе му овозможи да напредува и дека тоа е сепак неопходно ривалство.

Различни ИТ гиганти различно пристапуваат кон овој проблем. Интел, IBM, Google и стартапот за квантни компјутери Rigetti градат системи засновани на кола за суперспроводливост, напојувани од најсовремени суперкомпјутери.

Мајкрософт презема сосема поинаков и можеби поризичен пристап во обидот да создаде подобар кјубит. Тополошкиот кјубит што Мајкрософт се обидува да создаде фрагменти електрони за складирање на информации на повеќе места одеднаш, што го прави постабилен и помалку склон кон уништување. Тој е помалку робустен од она што неговите конкуренти се обидуваат да го изградат, но резултатот би бил голем чекор напред за целото поле на квантното пресметување, рече аналитичарот Хопкинс.

„Тие се на коцка и многу луѓе мислат дека никогаш нема да успеат“, рече Хопкинс.

На поавантуристичката страна, стартапите како IonQ и D-Wave се обложуваат на најсовремени технологии како што се јонско заробување и квантно жарење. Едноставно, тие се обидуваат на различни начини да постигнат поголеми перформанси и стабилност од секој кјубит, користејќи сосема нови методи.

„Ова ни овозможува да изградиме квантен компјутер кој решава сложени проблеми и постојано напредува во тоа“, изјави за Business Insider Марк Џонсон, потпретседател за дизајн и развој на процесори и квантен производ во D-Wave.

Квантен научник на IBM шета низ IBM Q компјутерскиот центар во истражувачкиот центар Томас Џ. Вотсон во Јорктаун Хајтс, Њујорк. Фото: Кони Џоу за IBM

Квантни стартапи

Напливот на квантните компјутери предизвика бран на интерес кај инвеститорите за поврзани стартапи. Роберт Сутор од IBM проценува дека има околу 100 квантен софтвер, хардвер, па дури и консултантски стартапи ширум светот. Ова е мало во споредба со огромниот стартап пазар, но многу поголем од порано.

„Јас сум во овој простор долго време, од самиот почеток“, рече Монро од IonQ. — Долго време беше во зародиш, до пред 5-8 години привлекуваше внимание и привлече огромни инвестиции. Стана јасно дека дојде време“.

Крис Монро, извршен директор и ко-основач на стартапот за квантни компјутери IonQ. Фото: IonQ

Некои, како Ригети, се подготвени да одат „пет до пети“ со технолошките титани со свои квантни чипови и софистицирани квантни компјутерски системи.

„Тоа е суштината на нашиот бизнис“, изјави за Business Insider Бетси Масиело, потпретседател за производи во Rigetti. — Има многу компании во квантниот простор кои работат на софтверски апликации во областа на квантното пресметување. Ние произведуваме микрочипови и градиме компјутерски системи“.

Метју Кинсела, управен директор на Maverick Ventures, вели дека е нахакан на полето на квантните компјутери. Неговата компанија отиде толку далеку што инвестираше во ColdQuanta, компанија која произведува опрема што се користи во квантните системи. Тој очекува квантните компјутери да ги надминат денешните системи во рок од пет до XNUMX години. Maverick Ventures се обложува на долг рок.

„Навистина верувам во квантното пресметување, иако може да потрае подолго од очекуваното пред квантниот компјутер да стане подобар од традиционалниот компјутер за решавање на секојдневните проблеми. Веројатно ќе ги видиме придобивките од квантните компјутери во решавањето на мали проблеми во следните неколку години“, рече Кинсела.

Лабораториите на D-Wave 2000Q Systems. Фото: Д-бран

Кинсела, како и аналитичарите со кои разговаравме, очекува таканаречена „квантна зима“. Можеби има возбуда околу квантните компјутери, но луѓето ги зголемуваат надежите, предупредуваат експертите. Машините сè уште не се совршени и ќе поминат години пред инвеститорите да видат резултати.

Во перспектива

Дури и надвор од квантната надмоќ, експертите не уверуваат дека сè уште има место за традиционалните компјутери и суперкомпјутери. Дотогаш, сè уште има проблеми со трошоците, големината, доверливоста и процесорската моќност што треба да ги решиме пред да можеме да разговараме за тоа.

„Треба да земеме здив“, рече аналитичарот Брис. „Во оваа област се случуваат многу возбудливи работи кои одземаат време. Тоа е конгломерат на физика, компјутерски науки и, искрено, научна анализа. Не би морале да го проучуваме ова доколку ги знаевме сите одговори, но претстои многу истражувачка работа“.

Квантен компјутер Ригети. Фото: Ригети

Сепак, за многумина е јасно дека ова е иднината. Исто како што креаторите на првиот мејнфрејм компјутер не сфатија дека ова на крајот ќе доведе до повеќе паметни телефони со големина на дланка. Квантен компјутер би можел да биде првиот чекор на сосема нов пат.

Малкумина, како заменик-претседателот на корпоративното управување на Мајкрософт, Тод Холмдал, се доволно оптимисти да кажат дека тоа може да биде позначајно од вештачката интелигенција и машинското учење денес. На своите деца им велеше дека треба да го работат она за што се страстни и дека секогаш можат да се вработат во вештачката интелигенција. Сега истото ќе го каже и за квантното пресметување.

„Ова е област која ќе се развива. Потребни ни се луѓе кои ќе го наполнат и ќе го чуваат да не венее“, рече Холмдал. „Тоа игра важна улога во нашата генерација, давајќи ни можност да создадеме неверојатни работи во иднина“.

Извор: www.habr.com