Jim Clark, chef för kvanthårdvara på Intel, med en av företagets kvantprocessorer. Foto; Intel
- Kvantdatorer är en extremt spännande teknik som har löftet om att skapa kraftfulla datormöjligheter för att lösa tidigare svårlösta problem.
- Experter säger att IBM har lett vägen inom kvantberäkning, vilket är anledningen till att Google, Intel, Microsoft och en mängd nystartade företag är under dess inflytande.
- Investerare lockas till startups av kvantdatorer, inklusive IonQ, ColdQuanta, D-Wave Systems och Rigetti, som kan störa marknaden.
- Det finns dock en hake: moderna kvantdatorer är i allmänhet inte lika kraftfulla eller pålitliga som dagens superdatorer, och de kräver också speciella förhållanden för att starta och starta upp.
I januari slog IBM upp vågor när de tillkännagav IBM Q System One, världens första kvantdator tillgänglig för företag. Enheten var inrymd i en elegant glaslåda med en volym på 9 kubikfot.
Detta är en viktig milstolpe för kvantdatorer, som fortfarande finns i forskningslaboratorier. Enligt IBM letar köpare redan efter att lägga vantarna på tekniken, som visar lovande inom en mängd olika områden: kemi, materialvetenskap, livsmedelstillverkning, flyg, läkemedelsutveckling, aktiemarknadsprognoser och till och med klimatförändringar.
IBM Q System One. Foto: IBM
Anledningen till spänningen är att en kvantdator har till synes magiska egenskaper som gör att den kan bearbeta exponentiellt mer information än ett konventionellt system. En kvantdator är inte bara en väldigt snabb dator, det är mer exakt ett helt annat datorparadigm som kräver radikalt omtänkande.
Vinnaren i teknikloppet blir det företag som tar vara på de möjligheter som denna teknik ger. IBM, Microsoft, Google och andra teknikjättar, såväl som startups, satsar på denna teknik.
Business Insider frågade IBM Q Strategy and Ecosystems vicepresident Bob Sutor om hur man gör dessa system tillgängliga för människor: Hur kommer människor att få tillgång till dem? Hur kan många människor lära sig att använda kvantdatorer för att utföra sina uppgifter?
Det finns liten chans att se kvantdatorer på kontoret när som helst snart. Experter vi pratade med tror att trots att det är tillgängligt för IBM kommer det att dröja ytterligare fem till tio år innan kvantberäkningen verkligen når mainstream. IBM Q System One är för närvarande endast tillgänglig som en molntjänst för utvalda kunder. Det kommer att dröja innan folk kan köpa något sådant och sätta igång det för sina egna syften.
Visserligen säger experter att kvantdatorer visar mycket lovande, men de är långt ifrån massproduktion. De är extremt ömtåliga och kräver speciella förhållanden för att fungera. Dessutom är kvantdatorer idag inte lika pålitliga eller lika kraftfulla som de datorer vi redan har.
"Vi tror att om cirka tio år kommer en kvantdator att förändra ditt liv eller mitt," sa Jim Clark, chef för kvanthårdvara på Intel, till Business Insider. — I själva verket är vi nu bara i den första milen av maraton. Det betyder inte att vi inte är oroliga för det."
Vad är en kvantdator?
Bill Gates sa en gång att matematiken bakom kvantum var bortom hans förståelse, men alla var inte överens.
"Det är lite av en missuppfattning att kvantfysik är fysik och det är för komplicerat", säger Chris Monroe, VD och medgrundare av IonQ, till Business Insider. "Det som gör det obegripligt för många människor är att det är obegripligt, men det är lika obegripligt för mig som det är för dig." Om något kan vara i en superposition betyder det att det kan vara i två tillstånd samtidigt. Det är konstigt eftersom vi inte upplever det här i den verkliga världen."
Datorerna vi använde visar data som en sträng av 1:or eller 0:or som kallas binär kod. En kvantdator kan dock representera data som 1, 0 eller, viktigast av allt, båda siffrorna samtidigt.
När ett system kan vara i mer än ett tillstånd samtidigt kallas det "superposition", en av de till synes magiska egenskaperna hos kvantberäkning. Den andra nyckelprincipen här är "entanglement", vilket är en kvantegenskap som gör att två partiklar kan röra sig i perfekt synkronisering, oavsett hur långt från varandra de är fysiskt åtskilda.
Som förklarar i Scientific American kombineras dessa två egenskaper för att skapa en dator som kan behandla mycket mer data samtidigt än något system på marknaden idag.
Kraften hos en kvantdator mäts i qubits, den grundläggande måttenheten i en kvantdator. Precis som moderna datorer har 32-bitars eller 64-bitars processorer (ett mått på hur mycket data de kan bearbeta på en gång), har en kvantdator med fler qubits betydligt mer processorkraft.
Inuti en kvantdator. Foto: IBM
Endast fantasin sätter gränser
Allt detta gör att en kvantdator kan lösa problem som tidigare var begränsade av datorkraft.
Till exempel skulle en kvantdator grovt kunna lösa det berömda resandeförsäljarproblemet, ett komplext beräkningsproblem som kräver att man hittar den kortaste vägen mellan flera städer innan man återvänder hem. Det låter enkelt, men om du tittar på det matematiskt blir det svårare att hitta den enda optimala vägen när du lägger till fler städer till dess rutt.
På samma sätt kan en kvantdator gå igenom de svåraste, mest tidskrävande problemen, sålla genom enorma mängder finansiell, farmaceutisk eller klimatdata för att hitta optimala lösningar. Faktum är att kvantstartföretaget D-Wave redan samarbetar med Volkswagen för att analysera körmönster och sålla igenom enorma mängder buller för att komma till botten med saker och ting.
Dess användbarhet inom kryptografiområdet diskuteras. En kvantdator kan bemästra en krypteringsmetod som skiljer sig från ett tidigare känt chiffer, vilket gör att den enkelt kan dechiffrera även statshemligheter. Det finns ett stort intresse från globala regeringar för denna användbara funktion, medan aktivister fruktar att tillkomsten av kvantdatorer kan förstöra integriteten.
Fysik problem
"Eftersom kvantberäkningen fortfarande är i ett tidigt skede finns det mycket information som förblir obevisad", säger Matthew Briss, vice vd för FoU på Gartner. "Men köpare letar redan efter applikationer för att fastställa konkurrensfördelarna med kvantdatorer för sin verksamhet", säger han.
Trots all hype tror experter att kvantdatorer är lika långt ifrån ledande som datorer var på 1950-talet. Visst tar de fart, men sakta.
"Quantum computing kan jämföras med ett långsamtgående tåg," sa Brian Hopkins, vice vd och huvudanalytiker på Forrester, till Business Insider. "Om han rör sig en tum per sekund, kommer han om en månad redan att passera två tum per sekund." Ganska snart kommer han att börja röra sig snabbare."
Det stora problemet nu är att en kvantdator inte kan göra något som en klassisk dator inte kunde göra. Branschen ser fram emot ett ögonblick som kallas kvantöverhöghet, då kvantdatorer kommer att gå längre än nuvarande begränsningar.
"När kunder kommer till oss är det viktigaste de säger till oss att de inte bryr sig om vilken modell det är så länge den är användbar för deras verksamhet", säger analytiker Briss. — Det finns ingen modell som skulle kunna överträffa klassiska algoritmer. Vi måste verkligen vänta tills kvantdatorns hårdvara börjar förbättras.”
IBM Research Fellow Katie Pooley undersöker kryostaten som hjälper kvantdatorer att hålla låga temperaturer. Foto: Andy Aaron, IBM
Det stora problemet är fortfarande bristen på datorkraft. Det antas att kvantöverlägsenhet kommer att kräva en dator med en effekt på 50 qubits. Även om denna milstolpe har uppnåtts i laboratoriet, är den inte permanent och kan inte upprätthållas. Faktum är att qubits kan vara både föremål för fel och instabila, vilket leder till problem med deras generering och minskar deras potential.
En annan viktig faktor är mer material. Kvantdatorer måste vara helt isolerade från sin miljö för att fungera och kräver mycket låga temperaturer. Även de minsta vibrationerna kan få qubits att kollapsa och kasta dem ur superposition, precis som ett barn som knackar på ett bord får snurrande mynt att falla på bordet.
Tidigare kvantdatorer, som IBM Q System One, är så skrymmande att den nödvändiga isoleringen och kylningsförhållandena blir en riktig utmaning. Att förvärra detta problem är en brist på nödvändiga komponenter: supraledande kablar och lågtemperaturkylskåp. De är i stor brist.
I slutändan betyder detta att även om kunskapen förbättras och tekniken går framåt, är kvantberäkning fortfarande inte praktiskt genomförbar.
"En av utmaningarna i min arbetsgrupp är att manipulera material, kisel, metaller, så att vi kan skapa en mycket homogen miljö," sa Intels Clark. – Det här är i grunden den bästa halvledartekniken. Teknikerna vi behöver för att skapa kvantberäkningar i stor skala existerar inte ännu."
Ett annat problem är att kvantdatorer har den obestridliga potentialen att ge oförutsedd datorkraft. Det finns dock inte många människor i den här världen som faktiskt har erfarenhet av att programmera eller använda dessa system, och potentiella köpare är fascinerade när de försöker ta reda på hur man faktiskt använder det.
Det stora kvantloppet
Analytiker säger att IBM för närvarande leder kvantberäkningsracet tack vare den begränsade kommersiella tillgängligheten av IBM Q System One. Eftersom den nås via molnet kan IBM upprätthålla dessa speciella villkor för att hålla denna kvantdator fungerande samtidigt som utvalda kunder kan använda den.
"Jag tror att [IBM:s kvantdator] rockar", säger analytikern Briss. "Jag tror att kvantberäkningen som en tjänstemodell är rätt modell." Genom att lägga den i en behållare och behandla den specifikt försöker de verkligen förbättra kvaliteten på den.”
IBMs Sarah Sheldon och Pat Gumann arbetar på ett upplösningskylskåp som kyler kvantdatorer. Foto: IBM
Samtidigt noterar analytiker att alla aktörer på denna marknad kan få ett genombrott när som helst som gör det möjligt för den att ta sig fram, och att detta fortfarande är en nödvändig rivalitet.
Olika IT-jättar närmar sig detta problem olika. Intel, IBM, Google och quantum computing startup Rigetti bygger system baserade på supraledande kretsar, som drivs av toppmoderna superdatorer.
tar ett helt annat och kanske mer riskfyllt tillvägagångssätt för att försöka skapa en bättre qubit. Den topologiska qubit som Microsoft försöker skapa fragmenterar elektroner för att lagra information på flera ställen samtidigt, vilket gör den mer stabil och mindre benägen att förstöras. Det är mindre robust än vad dess konkurrenter försöker bygga, men resultatet skulle vara ett stort steg framåt för hela kvantberäkningsområdet, sa analytikern Hopkins.
"De är på en chansning och många tror att de aldrig kommer att lyckas," sa Hopkins.
På den mer äventyrliga sidan satsar startups som IonQ och D-Wave på spjutspetsteknologier som jonfångning och kvantglödgning. Enkelt uttryckt försöker de på olika sätt uppnå större prestanda och stabilitet från varje qubit, med hjälp av helt nya metoder.
"Detta gör det möjligt för oss att bygga en kvantdator som löser komplexa problem och som ständigt går vidare med att göra det", säger Mark Johnson, vice vd för processor- och kvantproduktdesign och -utveckling på D-Wave, till Business Insider.
En IBM-kvantforskare går genom IBM Q Computing Center vid Thomas J. Watson Research Center i Yorktown Heights, New York. Foto: Connie Zhou för IBM
Quantum startups
Ökningen av kvantberäkningar har utlöst en våg av investerares intresse för relaterade startups. IBM:s Robert Sutor uppskattar att det finns cirka 100 kvantmjukvara, hårdvara och till och med konsultföretag runt om i världen. Detta är litet jämfört med den enorma startup-marknaden, men mycket större än tidigare.
"Jag har varit i det här utrymmet länge, ända från början," sa IonQs Monroe. — Länge var det i sin linda, tills det för 5-8 år sedan väckte uppmärksamhet och drog till sig enorma investeringar. Det stod klart att det var dags.”
Chris Monroe, VD och medgrundare av quantum computing startup IonQ. Foto: IonQ
Vissa, som Rigetti, är redo att gå tå till tå med tekniska titaner med sina egna kvantchips och sofistikerade kvantberäkningssystem.
"Det är kärnan i vår verksamhet", säger Betsy Masiello, vicepresident för produkt på Rigetti, till Business Insider. — Det finns många företag i kvantområdet som arbetar med mjukvaruapplikationer inom kvantberäkningsområdet. Vi producerar mikrochips och bygger datorsystem.”
Matthew Kinsella, VD för Maverick Ventures, säger att han är hausse på kvantberäkningsområdet. Hans företag har gått så långt som att investera i ColdQuanta, ett företag som tillverkar utrustning som används i kvantsystem. Han förväntar sig att kvantdatorer ska överträffa dagens system inom fem till tio år. Maverick Ventures satsar på lång sikt.
”Jag tror verkligen på kvantdatorer, även om det kan ta längre tid än väntat innan en kvantdator blir bättre än en traditionell dator för att lösa vardagsproblem. Vi kommer sannolikt att se fördelarna med kvantdatorer för att lösa småskaliga problem under de närmaste åren, säger Kinsella.
D-Waves 2000Q Systems laboratorier. Foto: D-Wave
Kinsella, liksom de analytiker vi pratade med, förväntar sig en så kallad "kvantvinter". Det kan finnas en hype kring kvantdatorer, men folk får sina förhoppningar upp, varnar experter. Maskinerna är ännu inte perfekta, och det kommer att dröja år innan investerare ser resultat.
I perspektiv
Även bortom kvantöverlägsenhet försäkrar experter oss att det fortfarande finns en plats för traditionella datorer och superdatorer. Tills dess finns det fortfarande problem med kostnader, storlek, tillförlitlighet och processorkraft att lösa innan vi kan diskutera det.
"Vi måste ta ett andetag", sa analytikern Briss. "Det händer många spännande saker i det här området som tar tid." Det är ett konglomerat av fysik, datavetenskap och, ärligt talat, vetenskaplig analys. Vi skulle inte behöva studera det här om vi visste alla svaren, men det är mycket forskningsarbete framför oss."
Rigetti kvantdator. Foto: Rigetti
Men för många är det tydligt att detta är framtiden. Precis som tillverkarna av den första stordatorn inte insåg att detta så småningom skulle leda till fler smartphones i handflatan. En kvantdator kan vara det första steget på en helt ny väg.
Få, som Microsofts VP för Corporate Governance Todd Holmdahl, är optimistiska nog att säga att det kan vara mer betydelsefullt än artificiell intelligens och maskininlärning idag. Han brukade säga till sina barn att de borde göra det de brinner för och att de alltid kunde få ett jobb inom artificiell intelligens. Nu kommer han att säga detsamma om kvantberäkning.
– Det här är ett område som kommer att utvecklas. Vi behöver folk som fyller det och hindrar det från att vissna bort, säger Holmdahl. "Det spelar en viktig roll i vår generation och ger oss möjligheten att skapa fantastiska saker i framtiden."
Källa: will.com