Jim Clark, director de hardware cuantic la Intel, cu unul dintre procesoarele cuantice ale companiei. Fotografie; Intel
- Calculatoarele cuantice sunt o tehnologie extrem de interesantă, care deține promisiunea de a crea capabilități de calcul puternice pentru a rezolva probleme până acum insolubile.
- Experții spun că IBM a condus calea în calculul cuantic, motiv pentru care Google, Intel, Microsoft și o serie de startup-uri sunt sub influența sa.
- Investitorii sunt atrași de startup-urile de calcul cuantic, inclusiv IonQ, ColdQuanta, D-Wave Systems și Rigetti, care ar putea perturba piața.
- Cu toate acestea, există o captură: computerele cuantice moderne nu sunt, în general, la fel de puternice sau la fel de fiabile ca supercalculatoarele de astăzi și necesită, de asemenea, condiții speciale pentru a porni și a porni.
În ianuarie, IBM a făcut furori când a anunțat IBM Q System One, primul computer cuantic din lume disponibil pentru afaceri. Dispozitivul a fost găzduit într-o carcasă elegantă de sticlă cu un volum de 9 picioare cubi.
Aceasta este o etapă importantă pentru calculatoarele cuantice, care încă se află în laboratoarele de cercetare. Potrivit IBM, cumpărătorii caută deja să pună mâna pe tehnologia, care arată promițătoare într-o varietate de domenii: chimie, știința materialelor, producția de alimente, industria aerospațială, dezvoltarea de medicamente, prognoza bursiere și chiar schimbările climatice.
IBM Q System One. Foto: IBM
Motivul pentru entuziasm este că un computer cuantic are proprietăți aparent magice care îi permit să proceseze exponențial mai multe informații decât un sistem convențional. Un computer cuantic nu este doar un computer foarte rapid; mai precis, este o paradigmă de calcul complet diferită, care necesită o regândire radicală.
Câștigătoarea cursei tehnologice va fi compania care profită de oportunitățile oferite de această tehnologie. IBM, Microsoft, Google și alți giganți ai tehnologiei, precum și startup-urile, pariază pe această tehnologie.
Business Insider l-a întrebat pe vicepreședintele IBM Q Strategy and Ecosystem, Bob Sutor, despre cum să facă aceste sisteme accesibile oamenilor: Cum le vor accesa oamenii? Cum pot mulți oameni să învețe să folosească computerele cuantice pentru a-și îndeplini sarcinile?
Există puține șanse de a vedea în curând computere cuantice la birou. Experții cu care am vorbit cred că, în ciuda faptului că sunt disponibili pentru IBM, vor mai trece încă cinci până la zece ani până când calculul cuantic va ajunge cu adevărat în curentul principal. IBM Q System One este disponibil momentan doar ca serviciu de cloud computing pentru clienți selectați. Va trece ceva timp până când oamenii vor putea cumpăra așa ceva și să-l pună în funcțiune în propriile lor scopuri.
Într-adevăr, experții spun că computerele cuantice sunt foarte promițătoare, dar sunt departe de producția de masă. Sunt extrem de fragile și necesită condiții speciale pentru a funcționa. Mai mult, calculatoarele cuantice de astăzi nu sunt la fel de fiabile sau la fel de puternice ca computerele pe care le avem deja.
„Credem că în aproximativ zece ani, un computer cuantic vă va schimba viața sau a mea”, a declarat Jim Clark, director de hardware cuantic la Intel, pentru Business Insider. — De fapt, acum suntem abia în primul mile al maratonului. Asta nu înseamnă că nu suntem îngrijorați de asta.”
Ce este un computer cuantic?
Bill Gates a spus odată că matematica din spatele cuantiei era dincolo de înțelegerea lui, dar nu toată lumea a fost de acord.
„Este puțin o idee greșită că fizica cuantică este fizică și este prea complicată”, spune Chris Monroe, CEO și co-fondator al IonQ, pentru Business Insider. „Ceea ce îl face de neînțeles pentru mulți oameni este că este de neînțeles, dar este la fel de neînțeles pentru mine ca și pentru tine.” Dacă ceva poate fi într-o suprapunere, înseamnă că poate fi în două stări în același timp. Este ciudat pentru că nu trăim asta în lumea reală”.
Calculatoarele pe care le-am folosit afișează datele ca un șir de 1 sau 0 numit cod binar. Cu toate acestea, un computer cuantic poate reprezenta date ca 1, 0 sau, cel mai important, ambele numere în același timp.
Când un sistem poate fi în mai multe stări în același timp, se numește „suprapunere”, una dintre proprietățile aparent magice ale calculului cuantic. Celălalt principiu cheie aici este „încurcarea”, care este o proprietate cuantică care permite două particule să se miște în sincronizare perfectă, indiferent cât de departe sunt separate fizic.
După cum se explică în Scientific American, aceste două calități se combină pentru a crea un computer care poate procesa mult mai multe date simultan decât orice sistem de pe piață astăzi.
Puterea unui computer cuantic este măsurată în qubiți, unitatea de măsură de bază într-un computer cuantic. Așa cum computerele moderne au procesoare pe 32 sau 64 de biți (o măsură a câte date pot procesa simultan), un computer cuantic cu mai mulți qubiți are o putere de procesare semnificativ mai mare.
În interiorul unui computer cuantic. Foto: IBM
Cerul este limita
Toate acestea înseamnă că un computer cuantic poate rezolva probleme care anterior erau limitate de puterea de calcul.
De exemplu, un computer cuantic ar putea rezolva grosolan faimoasa problemă a vânzătorului ambulant, o problemă complexă de calcul care necesită găsirea celei mai scurte rute între mai multe orașe înainte de a se întoarce acasă. Sună simplu, dar dacă te uiți la asta matematic, găsirea căii optime unice devine mai dificilă pe măsură ce adaugi mai multe orașe la traseul său.
De asemenea, un computer cuantic ar putea trece prin problemele cele mai dificile și consumatoare de timp, verificând cantități masive de date financiare, farmaceutice sau climatice pentru a găsi soluții optime. Într-adevăr, startup-ul cuantic D-Wave colaborează deja cu Volkswagen pentru a analiza modelele de condus și a verifica cantități masive de zgomot pentru a ajunge la fundul lucrurilor.
Se discută despre utilitatea sa în domeniul criptografiei. Un computer cuantic este capabil să stăpânească o metodă de criptare diferită de un cifr cunoscut anterior, ceea ce îi permite să descifreze cu ușurință chiar și secretele de stat. Există un mare interes din partea guvernelor globale pentru această caracteristică utilă, în timp ce activiștii se tem că apariția calculului cuantic ar putea distruge confidențialitatea.
Problema de fizica
„Deoarece calculul cuantic este încă în fazele sale incipiente, există o mulțime de informații care rămân nedovedite”, a spus Matthew Briss, vicepreședinte R&D la Gartner. „Dar cumpărătorii caută deja aplicații pentru a determina avantajele competitive ale calculului cuantic pentru afacerea lor”, spune el.
În ciuda tuturor hype-ului, experții cred că computerele cuantice sunt la fel de departe de a conduce drumul ca PC-urile în anii 1950. Bineînțeles, ele prind avânt, dar încet.
„Calculul cuantic poate fi comparat cu un tren cu mișcare lentă”, a declarat Brian Hopkins, vicepreședinte și analist principal la Forrester, pentru Business Insider. „Dacă se mișcă cu un centimetru pe secundă, atunci într-o lună va depăși deja doi centimetri pe secundă.” Destul de curând va începe să se miște mai repede.”
Marea problemă acum este că un computer cuantic nu poate face nimic din ceea ce un computer clasic nu ar putea face. Industria așteaptă cu nerăbdare un moment numit supremație cuantică, când computerele cuantice vor depăși limitările actuale.
„Când clienții vin la noi, principalul lucru pe care ni-l spun este că nu le pasă ce model este atâta timp cât este util pentru afacerea lor”, spune analistul Briss. — Nu există niciun model care ar putea depăși algoritmii clasici. Chiar trebuie să așteptăm până când hardware-ul computerelor cuantice începe să se îmbunătățească.”
Katie Pooley, coleg IBM Research, examinează criostatul care ajută computerele cuantice să-și mențină temperatura scăzută. Foto: Andy Aaron, IBM
Marea problemă rămâne lipsa puterii de calcul. Se presupune că supremația cuantică va necesita un computer cu o putere de 50 de qubiți. Deși această etapă a fost atinsă în laborator, nu este permanentă și nu poate fi susținută. Într-adevăr, qubiții pot fi atât supuși erorilor, cât și instabili, ceea ce duce la probleme cu generarea lor și le reduce potențialul.
Un alt factor important este mai mult material. Calculatoarele cuantice trebuie să fie complet izolate de mediul lor pentru a funcționa și necesită temperaturi foarte scăzute. Chiar și cele mai mici vibrații pot cauza prăbușirea qubiților, aruncându-i din suprapunere, la fel cum un copil care bate la o masă face ca monedele care se învârtesc să cadă pe masă.
Calculatoarele cuantice anterioare, cum ar fi IBM Q System One, sunt atât de voluminoase încât condițiile necesare de izolare și răcire devin o adevărată provocare. Exacerbarea acestei probleme este lipsa componentelor necesare: cabluri supraconductoare și frigidere cu temperatură scăzută. Sunt într-o lipsă gravă.
În cele din urmă, aceasta înseamnă că, deși cunoștințele se îmbunătățesc și tehnologia avansează, calculul cuantic încă nu este practic fezabil.
„Una dintre provocările grupului meu de lucru este manipularea materialelor, siliciul, metalele, astfel încât să putem crea un mediu foarte omogen”, a spus Clark de la Intel. - Aceasta este practic cea mai bună tehnologie de semiconductor. Tehnologiile de care avem nevoie pentru a crea calcularea cuantică la scară nu există încă.”
O altă problemă este că computerele cuantice au potențialul incontestabil de a oferi o putere de calcul neprevăzută. Cu toate acestea, nu există mulți oameni în această lume care au experiență în programarea sau operarea acestor sisteme, iar potențialii cumpărători sunt fascinați încercând să-și dea seama cum să le folosească.
Marea cursă cuantică
Analiștii spun că IBM conduce în prezent cursa de calcul cuantic datorită disponibilității comerciale limitate a IBM Q System One. Deoarece este accesat prin cloud, IBM poate menține aceste condiții speciale pentru a menține funcționarea acestui computer cuantic, permițând totuși clienților selectați să-l folosească.
„Cred că [calculatorul cuantic al IBM] se zguduie”, a spus analistul Briss. „Cred că calculul cuantic ca model de serviciu este modelul potrivit.” Punându-l într-un recipient și tratându-l în mod specific, ei încearcă cu adevărat să-i îmbunătățească calitatea.”
Sarah Sheldon și Pat Gumann de la IBM lucrează la un frigider de dizolvare care răcește computerele cuantice. Foto: IBM
În același timp, analiștii notează că oricare dintre jucătorii de pe această piață poate avea în orice moment o descoperire care îi va permite să iasă înainte și că aceasta este încă o rivalitate necesară.
Diferiți giganți IT abordează această problemă în mod diferit. Intel, IBM, Google și startup-ul de calcul cuantic Rigetti construiesc sisteme bazate pe circuite supraconductoare, alimentate de supercalculatoare de ultimă generație.
adoptă o abordare complet diferită și poate mai riscantă în încercarea de a crea un qubit mai bun. Qubitul topologic pe care Microsoft încearcă să creeze fragmente de electroni pentru a stoca informații în mai multe locuri simultan, făcându-l mai stabil și mai puțin predispus la distrugere. Este mai puțin robust decât ceea ce încearcă să construiască concurenții săi, dar rezultatul ar fi un pas major înainte pentru întregul domeniu al calculului cuantic, a spus analistul Hopkins.
„Ei sunt pe un pariu și mulți oameni cred că nu vor reuși niciodată”, a spus Hopkins.
Pe partea mai aventuroasă, startup-uri precum IonQ și D-Wave pariază pe tehnologii de ultimă oră, precum captarea ionilor și recoacere cuantică. Mai simplu spus, ei încearcă în moduri diferite să obțină performanțe și stabilitate mai mari de la fiecare qubit, folosind metode complet noi.
„Acest lucru ne permite să construim un computer cuantic care rezolvă probleme complexe și progresează continuu în acest sens”, a declarat Mark Johnson, vicepreședinte pentru proiectare și dezvoltare de procesoare și produse cuantice la D-Wave, pentru Business Insider.
Un om de știință cuantic IBM trece prin Centrul de calcul IBM Q de la Centrul de Cercetare Thomas J. Watson din Yorktown Heights, New York. Foto: Connie Zhou pentru IBM
Startup-uri cuantice
Creșterea în calculul cuantic a stârnit un val de interes al investitorilor pentru startup-urile conexe. Robert Sutor de la IBM estimează că există aproximativ 100 de startup-uri cuantice de software, hardware și chiar de consultanță în întreaga lume. Acesta este mic în comparație cu piața uriașă a startup-urilor, dar mult mai mare decât înainte.
„Am fost în acest spațiu de mult timp, de la bun început”, a spus Monroe de la IonQ. — Multă vreme a fost la început, până acum 5-8 ani a atras atenția și a atras investiții uriașe. A devenit clar că venise momentul.”
Chris Monroe, CEO și co-fondator al startup-ului de calcul cuantic IonQ. Foto: IonQ
Unii, precum Rigetti, sunt gata să se confrunte cu titanii tehnologici cu propriile lor cipuri cuantice și sisteme de calcul cuantice sofisticate.
„Este nucleul afacerii noastre”, a declarat Betsy Masiello, vicepreședinte de produs la Rigetti, pentru Business Insider. — Există multe companii în spațiul cuantic care lucrează la aplicații software în domeniul calculului cuantic. Producem microcipuri și construim sisteme de calcul.”
Matthew Kinsella, directorul general al Maverick Ventures, spune că este optimist în domeniul calculului cuantic. Compania sa a mers atât de departe încât a investit în ColdQuanta, o companie care produce echipamente folosite în sisteme cuantice. El se așteaptă ca computerele cuantice să depășească sistemele actuale în termen de cinci până la XNUMX ani. Maverick Ventures pariază pe termen lung.
„Cred cu adevărat în calculul cuantic, deși poate dura mai mult decât se aștepta înainte ca un computer cuantic să devină mai bun decât un computer tradițional pentru rezolvarea problemelor de zi cu zi. Probabil că vom vedea beneficiile computerelor cuantice în rezolvarea problemelor la scară mică în următorii câțiva ani”, a spus Kinsella.
Laboratoarele D-Wave 2000Q Systems. Foto: D-Wave
Kinsella, ca și analiștii cu care am vorbit, se așteaptă la o așa-numită „iarnă cuantică”. S-ar putea să existe hype în jurul computerelor cuantice, dar oamenii își fac speranțe, avertizează experții. Mașinile nu sunt încă perfecte și vor trece ani înainte ca investitorii să vadă rezultate.
În perspectivă
Chiar și dincolo de supremația cuantică, experții ne asigură că există încă un loc pentru computerele și supercomputerele tradiționale. Până atunci, mai sunt probleme legate de cost, dimensiune, fiabilitate și putere de procesare de rezolvat înainte de a putea discuta.
„Trebuie să respirăm”, a spus analistul Briss. „Sunt o mulțime de lucruri interesante în acest domeniu care necesită timp.” Este un conglomerat de fizică, informatică și, sincer, analiză științifică. Nu ar fi trebuit să studiem asta dacă am ști toate răspunsurile, dar urmează multă muncă de cercetare.”
Calculatorul cuantic Rigetti. Foto: Rigetti
Cu toate acestea, pentru mulți este clar că acesta este viitorul. La fel cum producătorii primului computer mainframe nu și-au dat seama că acest lucru va duce în cele din urmă la mai multe smartphone-uri de dimensiunea palmei. Un computer cuantic ar putea fi primul pas pe o cale complet nouă.
Puțini, precum Todd Holmdahl, vicepreședintele Microsoft pentru guvernanță corporativă, sunt suficient de optimiști pentru a spune că ar putea fi mai semnificativ decât inteligența artificială și învățarea automată în prezent. Obișnuia să le spună copiilor săi că ar trebui să facă ceea ce îi pasionează și că ar putea oricând să obțină un loc de muncă în inteligența artificială. Acum va spune același lucru despre calculul cuantic.
„Aceasta este o zonă care se va dezvolta. Avem nevoie de oameni care să-l umple și să-l împiedice să se ofilească”, a spus Holmdahl. „Joacă un rol important în generația noastră, dându-ne oportunitatea de a crea lucruri uimitoare în viitor.”
Sursa: www.habr.com