Jim Clark, direktor kvantne strojne opreme pri Intelu, z enim od kvantnih procesorjev podjetja. fotografija; Intel
- Kvantni računalniki so izjemno vznemirljiva tehnologija, ki obeta ustvarjanje zmogljivih računalniških zmogljivosti za reševanje prej nerešljivih problemov.
- Strokovnjaki pravijo, da je IBM vodilni na področju kvantnega računalništva, zato so Google, Intel, Microsoft in množica startupov pod njegovim vplivom.
- Vlagatelje privlačijo zagonska podjetja na področju kvantnega računalništva, vključno z IonQ, ColdQuanta, D-Wave Systems in Rigetti, ki bi lahko motila trg.
- Vendar pa obstaja ulov: sodobni kvantni računalniki na splošno niso tako zmogljivi ali tako zanesljivi kot današnji superračunalniki, prav tako pa zahtevajo posebne pogoje za zagon in zagon.
Januarja je IBM poskrbel za veliko pozornost, ko je objavil IBM Q System One, prvi kvantni računalnik na svetu, ki je na voljo za podjetja. Naprava je bila nameščena v elegantnem steklenem ohišju s prostornino 9 kubičnih metrov.
To je pomemben mejnik za kvantne računalnike, ki se še vedno nahajajo v raziskovalnih laboratorijih. Po navedbah IBM-a si kupci že želijo pridobiti tehnologijo, ki obeta na različnih področjih: kemija, znanost o materialih, proizvodnja hrane, vesoljska industrija, razvoj zdravil, borzno napovedovanje in celo podnebne spremembe.
IBM Q System One. Fotografija: IBM
Razlog za navdušenje je, da ima kvantni računalnik na videz magične lastnosti, ki mu omogočajo, da obdela eksponentno več informacij kot običajni sistem. Kvantni računalnik ni le zelo hiter računalnik, temveč je povsem drugačna računalniška paradigma, ki zahteva korenit premislek.
Zmagovalec v tehnološki tekmi bo tisto podjetje, ki bo izkoristilo priložnosti, ki jih ta tehnologija ponuja. Na to tehnologijo stavijo IBM, Microsoft, Google in drugi tehnološki velikani ter startupi.
Business Insider je podpredsednika IBM Q za strategijo in ekosisteme Boba Sutorja vprašal, kako narediti te sisteme dostopne ljudem: Kako bodo ljudje dostopali do njih? Kako se lahko veliko ljudi nauči uporabljati kvantne računalnike za opravljanje svojih nalog?
Malo je možnosti, da bi kmalu videli kvantne računalnike v pisarni. Strokovnjaki, s katerimi smo se pogovarjali, verjamejo, da bo kljub temu, da je na voljo IBM-u, minilo še pet do deset let, preden bo kvantno računalništvo zares doseglo mainstream. IBM Q System One je trenutno na voljo samo kot storitev računalništva v oblaku za izbrane stranke. Preteklo bo nekaj časa, preden bodo ljudje lahko kupili nekaj takega in ga uporabili za lastne namene.
Strokovnjaki namreč pravijo, da kvantni računalniki veliko obetajo, a so daleč od masovne proizvodnje. So izjemno krhki in zahtevajo posebne pogoje za delo. Poleg tega kvantni računalniki danes niso tako zanesljivi ali tako zmogljivi kot računalniki, ki jih že imamo.
"Verjamemo, da bo v približno desetih letih kvantni računalnik spremenil vaše ali moje življenje," je za Business Insider povedal Jim Clark, direktor kvantne strojne opreme pri Intelu. — Pravzaprav smo zdaj šele na prvi milji maratona. To ne pomeni, da nas to ne skrbi."
Kaj je kvantni računalnik?
Bill Gates je nekoč rekel, da matematika, ki stoji za kvantom, presega njegovo razumevanje, vendar se niso vsi strinjali.
"Malo napačno je prepričanje, da je kvantna fizika fizika in da je preveč zapletena," je za Business Insider povedal Chris Monroe, izvršni direktor in soustanovitelj IonQ. "Mnogim ljudem je nerazumljivo to, da je nerazumljivo, vendar je meni enako nerazumljivo kot tebi." Če je nekaj lahko v superpoziciji, to pomeni, da je lahko v dveh stanjih hkrati. Čudno je, ker tega v resničnem svetu ne doživimo."
Računalniki, ki smo jih uporabili, prikazujejo podatke kot niz 1 ali 0, imenovan binarna koda. Vendar pa lahko kvantni računalnik podatke predstavlja kot 1, 0 ali, kar je najpomembnejše, obe števili hkrati.
Ko je lahko sistem v več kot enem stanju hkrati, se to imenuje "superpozicija", ena od navidezno čarobnih lastnosti kvantnega računalništva. Drugo ključno načelo tukaj je "zapletenost", ki je kvantna lastnost, ki omogoča, da se dva delca gibljeta v popolni usklajenosti, ne glede na to, kako daleč sta fizično ločena.
Kot pojasnjuje v reviji Scientific American ti dve lastnosti združita, da ustvarita računalnik, ki lahko obdela veliko več podatkov hkrati kot kateri koli sistem na današnjem trgu.
Moč kvantnega računalnika se meri v kubitih, osnovni merski enoti v kvantnem računalniku. Tako kot imajo sodobni računalniki 32-bitne ali 64-bitne procesorje (merilo, koliko podatkov lahko obdelajo naenkrat), ima kvantni računalnik z več kubiti bistveno večjo procesorsko moč.
Znotraj kvantnega računalnika. Fotografija: IBM
Nebo je meja
Vse to pomeni, da lahko kvantni računalnik rešuje probleme, ki so bili prej omejeni z računalniško močjo.
Na primer, kvantni računalnik bi lahko grobo rešil problem slavnega trgovskega potnika, zapleten računalniški problem, ki zahteva iskanje najkrajše poti med več mesti, preden se vrnete domov. Sliši se preprosto, a če na to pogledate matematično, postane iskanje ene same optimalne poti težje, ko na njeno pot dodate več mest.
Podobno bi se lahko kvantni računalnik prebijal skozi najzahtevnejše in najbolj zamudne težave, pri čemer bi prebiral ogromne količine finančnih, farmacevtskih ali podnebnih podatkov, da bi našel optimalne rešitve. Dejansko kvantno zagonsko podjetje D-Wave že sodeluje z Volkswagnom pri analizi vzorcev vožnje in presejanju ogromnih količin hrupa, da bi zadevi prišli do dna.
Razpravlja se o njegovi uporabnosti na področju kriptografije. Kvantni računalnik je sposoben obvladati metodo šifriranja, ki je drugačna od doslej znane šifre, kar mu omogoča enostavno dešifriranje tudi državnih skrivnosti. Za to uporabno funkcijo vlada veliko zanimanje svetovnih vlad, medtem ko se aktivisti bojijo, da bi lahko prihod kvantnega računalništva uničil zasebnost.
Fizikalni problem
"Ker je kvantno računalništvo še vedno v zgodnjih fazah, obstaja veliko informacij, ki ostajajo nedokazane," je dejal Matthew Briss, podpredsednik R&D pri Gartnerju. »Toda kupci že iščejo aplikacije za ugotavljanje konkurenčnih prednosti kvantnega računalništva za svoje podjetje,« pravi.
Kljub vsemu navdušenju strokovnjaki verjamejo, da kvantni računalniki še zdaleč niso vodilni, kot so bili osebni računalniki v petdesetih letih prejšnjega stoletja. Seveda dobivajo zagon, a počasi.
"Kvantno računalništvo lahko primerjamo s počasnim vlakom," je za Business Insider povedal Brian Hopkins, podpredsednik in glavni analitik pri Forresterju. "Če se premakne en centimeter na sekundo, bo čez mesec dni že pretekel dva centimetra na sekundo." Kmalu se bo začel premikati hitreje."
Velika težava zdaj je v tem, da kvantni računalnik ne more narediti ničesar, česar klasičen računalnik ne bi mogel. Industrija se veseli trenutka, imenovanega kvantna prevlada, ko bodo kvantni računalniki presegli trenutne omejitve.
»Ko stranke pridejo k nam, nam povedo predvsem, da jim je vseeno, kateri model je, če je koristen za njihovo poslovanje,« pravi analitik Briss. — Ni modela, ki bi lahko prekašal klasične algoritme. Resnično moramo počakati, da se strojna oprema kvantnega računalnika začne izboljševati.
Raziskovalna sodelavka IBM-a Katie Pooley preučuje kriostat, ki kvantnim računalnikom pomaga ohranjati nizke temperature. Foto: Andy Aaron, IBM
Velik problem ostaja pomanjkanje računalniške moči. Predpostavlja se, da bo kvantna premoč zahtevala računalnik z močjo 50 kubitov. Čeprav je bil ta mejnik dosežen v laboratoriju, ni trajen in ga ni mogoče obdržati. Dejansko so kubiti lahko podvrženi napakam in nestabilni, kar povzroča težave pri njihovem ustvarjanju in zmanjšuje njihov potencial.
Drug pomemben dejavnik je več materiala. Kvantni računalniki morajo biti za delovanje popolnoma izolirani od svojega okolja in zahtevajo zelo nizke temperature. Tudi najmanjše vibracije lahko povzročijo, da se kubiti zrušijo in jih vržejo iz superpozicije, tako kot otrok, ki trka po mizi, povzroči, da na mizo padejo vrteči se kovanci.
Prejšnji kvantni računalniki, kot je IBM Q System One, so tako zajetni, da postanejo potrebni pogoji izolacije in hlajenja pravi izziv. To težavo še poslabša pomanjkanje potrebnih komponent: superprevodnih kablov in nizkotemperaturnih hladilnikov. Hudo jih primanjkuje.
Navsezadnje to pomeni, da čeprav se znanje izboljšuje in tehnologija napreduje, kvantno računalništvo še vedno ni praktično izvedljivo.
»Eden od izzivov v moji delovni skupini je ravnanje z materiali, silicijem in kovinami, tako da lahko ustvarimo zelo homogeno okolje,« je dejal Clark iz Intela. - To je v bistvu najboljša polprevodniška tehnologija. Tehnologije, ki jih potrebujemo za ustvarjanje kvantnega računalništva v velikem obsegu, še ne obstajajo."
Druga težava je, da imajo kvantni računalniki nesporen potencial, da zagotovijo nepredvideno računalniško moč. Vendar pa ni veliko ljudi na tem svetu, ki bi dejansko imeli izkušnje s programiranjem ali upravljanjem teh sistemov, in potencialni kupci so navdušeni, ko poskušajo ugotoviti, kako ga dejansko uporabljati.
Velika kvantna dirka
Analitiki pravijo, da IBM trenutno vodi v tekmi kvantnega računalništva zahvaljujoč omejeni komercialni razpoložljivosti IBM Q System One. Ker se do njega dostopa prek oblaka, lahko IBM vzdržuje te posebne pogoje, da ohrani delovanje tega kvantnega računalnika, medtem ko še vedno omogoča izbranim strankam, da ga uporabljajo.
"Mislim, da [IBM-ov kvantni računalnik] ziba," je dejal analitik Briss. "Mislim, da je kvantno računalništvo kot servisni model pravi model." S tem, ko ga dajo v zabojnik in ga posebej obdelajo, resnično poskušajo izboljšati njegovo kakovost.«
Sarah Sheldon in Pat Gumann iz IBM-a delata na hladilniku za raztapljanje, ki hladi kvantne računalnike. Fotografija: IBM
Ob tem analitiki ugotavljajo, da lahko katerikoli od igralcev na tem trgu v vsakem trenutku naredi preboj, ki mu bo omogočil preboj, in da je to še vedno nujno rivalstvo.
Različni IT velikani se tega problema lotevajo različno. Intel, IBM, Google in zagonsko podjetje za kvantno računalništvo Rigetti gradijo sisteme, ki temeljijo na superprevodnih vezjih, ki jih poganjajo najsodobnejši superračunalniki.
ubira popolnoma drugačen in morda bolj tvegan pristop pri poskusu ustvarjanja boljšega qubita. Topološki kubit, ki ga Microsoft poskuša ustvariti, drobi elektrone za shranjevanje informacij na več mestih hkrati, zaradi česar je bolj stabilen in manj nagnjen k uničenju. Je manj robusten od tistega, kar poskušajo zgraditi njegovi konkurenti, vendar bi bil rezultat velik korak naprej za celotno področje kvantnega računalništva, je dejal analitik Hopkins.
"Karcajo se in veliko ljudi misli, da jim nikoli ne bo uspelo," je dejal Hopkins.
Na bolj pustolovski strani pa zagonska podjetja, kot sta IonQ in D-Wave, stavijo na vrhunske tehnologije, kot sta lovljenje ionov in kvantno žarjenje. Preprosto povedano, poskušajo na različne načine doseči večjo zmogljivost in stabilnost vsakega kubita z uporabo popolnoma novih metod.
"To nam omogoča, da zgradimo kvantni računalnik, ki rešuje zapletene probleme in pri tem nenehno napreduje," je za Business Insider povedal Mark Johnson, podpredsednik oblikovanja in razvoja procesorjev in kvantnih izdelkov pri D-Wave.
IBM-ov kvantni znanstvenik se sprehodi skozi računalniški center IBM Q v raziskovalnem centru Thomas J. Watson v Yorktown Heights v New Yorku. Foto: Connie Zhou za IBM
Kvantni startupi
Vzpon kvantnega računalništva je sprožil val zanimanja vlagateljev za sorodna zagonska podjetja. Robert Sutor iz IBM-a ocenjuje, da je po vsem svetu okoli 100 zagonskih podjetij s kvantno programsko opremo, strojno opremo in celo svetovanjem. To je malo v primerjavi z ogromnim startup trgom, a veliko večje kot prej.
"V tem prostoru sem že dolgo, od samega začetka," je dejal Monroe iz IonQ. — Dolgo časa je bil v povojih, dokler pred 5-8 leti ni pritegnil pozornosti in privabil velikih naložb. Postalo je jasno, da je prišel čas.”
Chris Monroe, izvršni direktor in soustanovitelj zagona kvantnega računalništva IonQ. Fotografija: IonQ
Nekateri, kot je Rigetti, so se pripravljeni spopasti s tehnološkimi titani z lastnimi kvantnimi čipi in sofisticiranimi kvantnimi računalniškimi sistemi.
"To je jedro našega posla," je za Business Insider povedala Betsy Masiello, podpredsednica produkta pri Rigetti. — V kvantnem prostoru je veliko podjetij, ki delajo na programskih aplikacijah na področju kvantnega računalništva. Proizvajamo mikročipe in gradimo računalniške sisteme.«
Matthew Kinsella, generalni direktor Maverick Ventures, pravi, da je optimističen na področju kvantnega računalništva. Njegovo podjetje je šlo tako daleč, da je investiralo v podjetje ColdQuanta, ki izdeluje opremo, ki se uporablja v kvantnih sistemih. Pričakuje, da bodo kvantni računalniki v petih do desetih letih presegli današnje sisteme. Maverick Ventures stavi na dolgi rok.
»Resnično verjamem v kvantno računalništvo, čeprav lahko traja dlje, kot je bilo pričakovano, preden kvantni računalnik postane boljši od tradicionalnega računalnika za reševanje vsakdanjih težav. Prednosti kvantnih računalnikov pri reševanju problemov majhnega obsega bomo verjetno videli v naslednjih nekaj letih,« je dejal Kinsella.
Laboratoriji D-Wave 2000Q Systems. Foto: D-Wave
Kinsella, tako kot analitiki, s katerimi smo govorili, pričakuje tako imenovano "kvantno zimo". Okoli kvantnih računalnikov morda obstaja hype, vendar ljudje vedno bolj upajo, opozarjajo strokovnjaki. Stroji še niso popolni in minila bodo leta, preden bodo investitorji videli rezultate.
V perspektivi
Tudi onkraj kvantne premoči nam strokovnjaki zagotavljajo, da še vedno obstaja prostor za tradicionalne računalnike in superračunalnike. Do takrat pa še vedno obstajajo težave s stroški, velikostjo, zanesljivostjo in procesorsko močjo, ki jih je treba rešiti, preden lahko o tem razpravljamo.
"Moramo si oddahniti," je dejal analitik Briss. "Na tem področju se dogaja veliko razburljivih stvari, ki vzamejo čas." Je konglomerat fizike, računalništva in, odkrito povedano, znanstvene analize. Tega nam ne bi bilo treba preučevati, če bi poznali vse odgovore, vendar je pred nami veliko raziskovalnega dela."
Rigettijev kvantni računalnik. Foto: Rigetti
Vendar je za mnoge jasno, da je to prihodnost. Tako kot se izdelovalci prvega velikega računalnika niso zavedali, da bo to sčasoma pripeljalo do več pametnih telefonov v velikosti dlani. Kvantni računalnik bi lahko bil prvi korak na povsem novi poti.
Le redki, kot je Microsoftov podpredsednik korporativnega upravljanja Todd Holmdahl, so dovolj optimistični, da trdijo, da bi lahko bilo danes pomembnejše od umetne inteligence in strojnega učenja. Svojim otrokom je govoril, naj delajo tisto, kar jih veseli, in da se lahko vedno zaposlijo na področju umetne inteligence. Sedaj bo isto rekel o kvantnem računalstvu.
»To je področje, ki se bo razvijalo. Potrebujemo ljudi, ki ga bodo napolnili in preprečili, da bi izginil,« je dejal Holmdahl. "V naši generaciji igra pomembno vlogo, saj nam daje priložnost, da v prihodnosti ustvarjamo neverjetne stvari."
Vir: www.habr.com