Intel'in kuantum donanımı direktörü Jim Clark, şirketin kuantum işlemcilerinden birinde çalışıyor. Fotoğraf; Intel
- Kuantum bilgisayarlar, daha önce çözülmesi zor sorunları çözmek için güçlü bilgi işlem yetenekleri yaratma vaadini taşıyan son derece heyecan verici bir teknolojidir.
- Uzmanlar, IBM'in kuantum hesaplamada öncülük ettiğini, bu nedenle Google, Intel, Microsoft ve birçok yeni girişimin IBM'in etkisi altında olduğunu söylüyor.
- Yatırımcılar, IonQ, ColdQuanta, D-Wave Systems ve Rigetti gibi pazarı alt üst edebilecek kuantum bilişim girişimlerine ilgi duyuyor.
- Ancak bir sorun var: Modern kuantum bilgisayarlar genellikle günümüzün süper bilgisayarları kadar güçlü veya güvenilir değiller ve ayrıca başlatılıp başlatılmaları için özel koşullara ihtiyaç duyuyorlar.
Ocak ayında IBM, dünyanın iş amaçlı kullanıma sunulan ilk kuantum bilgisayarı olan IBM Q System One'ı duyurduğunda büyük ses getirdi. Cihaz, 9 fit küp hacminde şık bir cam kasaya yerleştirildi.
Bu, halen araştırma laboratuvarlarında bulunan kuantum bilgisayarlar için önemli bir kilometre taşıdır. IBM'e göre alıcılar kimya, malzeme bilimi, gıda üretimi, havacılık, ilaç geliştirme, borsa tahminleri ve hatta iklim değişikliği gibi çeşitli alanlarda umut vaat eden teknolojiyi şimdiden ele geçirmek istiyor.
IBM Q System One. Fotoğraf: IBM
Heyecanın nedeni, kuantum bilgisayarının, geleneksel bir sistemden katlanarak daha fazla bilgi işlemesine olanak tanıyan sihirli özelliklere sahip olmasıdır. Kuantum bilgisayar yalnızca çok hızlı bir bilgisayar değildir; daha doğrusu, radikal bir şekilde yeniden düşünmeyi gerektiren tamamen farklı bir hesaplama paradigmasıdır.
Teknoloji yarışının kazananı, bu teknolojinin sağladığı fırsatlardan yararlanan şirket olacak. IBM, Microsoft, Google ve diğer teknoloji devlerinin yanı sıra yeni kurulan şirketler de bu teknolojiye yatırım yapıyor.
Business Insider, IBM Q Strateji ve Ekosistem Başkan Yardımcısı Bob Sutor'a bu sistemlerin insanlar için nasıl erişilebilir hale getirileceğini sordu: İnsanlar bunlara nasıl erişecek? Pek çok kişi görevlerini yerine getirmek için kuantum bilgisayarları kullanmayı nasıl öğrenebilir?
Yakın zamanda ofiste kuantum bilgisayarları görme şansımız çok az. Konuştuğumuz uzmanlar, IBM'in kullanımına sunulmasına rağmen kuantum hesaplamanın gerçek anlamda ana akım haline gelmesinin beş ila on yıl daha süreceğine inanıyor. IBM Q System One, şu anda yalnızca belirli müşterilere yönelik bir bulut bilişim hizmeti olarak sunulmaktadır. İnsanların böyle bir şeyi satın alıp kendi amaçları doğrultusunda kullanmaya başlaması biraz zaman alacak.
Aslında uzmanlar kuantum bilgisayarların büyük umut vaat ettiğini ancak seri üretimden uzak olduklarını söylüyor. Son derece kırılgandırlar ve çalışmak için özel koşullar gerektirirler. Üstelik günümüzün kuantum bilgisayarları halihazırda sahip olduğumuz bilgisayarlar kadar güvenilir ve güçlü değil.
Intel'in kuantum donanımı direktörü Jim Clark, Business Insider'a "Yaklaşık on yıl içinde bir kuantum bilgisayarın sizin veya benim hayatımı değiştireceğine inanıyoruz" dedi. — Aslında şu anda maratonun yalnızca ilk milindeyiz. Bu, bu konuda endişelenmediğimiz anlamına gelmiyor."
Kuantum bilgisayar nedir?
Bill Gates bir keresinde kuantumun ardındaki matematiğin onun anlayışının ötesinde olduğunu söylemişti ama herkes aynı fikirde değildi.
IonQ'nun CEO'su ve kurucu ortağı Chris Monroe, Business Insider'a şöyle konuştu: "Kuantum fiziğinin fizik olduğu ve çok karmaşık olduğu yönünde bir yanılgı var." "Birçok insan için onu anlaşılmaz kılan, anlaşılmaz olmasıdır, ama sizin için olduğu kadar benim için de anlaşılmazdır." Bir şeyin süperpozisyonda olabilmesi o şeyin aynı anda iki durumda olabileceği anlamına gelir. Bu çok tuhaf çünkü bunu gerçek dünyada deneyimlemiyoruz."
Kullandığımız bilgisayarlar, verileri ikili kod adı verilen 1'ler veya 0'lardan oluşan bir dizi olarak görüntüler. Ancak bir kuantum bilgisayar, verileri aynı anda 1, 0 veya en önemlisi her iki sayı olarak temsil edebilir.
Bir sistemin aynı anda birden fazla durumda olabildiği durumlarda buna "süperpozisyon" adı verilir; bu, kuantum hesaplamanın görünüşte sihirli özelliklerinden biridir. Buradaki diğer temel prensip, fiziksel olarak birbirinden ne kadar uzakta olursa olsun, iki parçacığın mükemmel bir senkronizasyon içinde hareket etmesine izin veren bir kuantum özelliği olan "dolaşıklık"tır.
Açıklandığı gibi Scientific American'da bu iki nitelik birleşerek bugün piyasadaki tüm sistemlerden çok daha fazla veriyi aynı anda işleyebilen bir bilgisayar yaratıyor.
Bir kuantum bilgisayarın gücü, kuantum bilgisayarındaki temel ölçüm birimi olan kubitlerle ölçülür. Tıpkı modern bilgisayarların 32 bit veya 64 bit işlemcilere sahip olması gibi (aynı anda ne kadar veri işleyebileceklerinin bir ölçüsü), daha fazla kübite sahip bir kuantum bilgisayar önemli ölçüde daha fazla işlem gücüne sahiptir.
Bir kuantum bilgisayarın içinde. Fotoğraf: IBM
Gökyüzü, limittir
Bütün bunlar, bir kuantum bilgisayarın daha önce bilgi işlem gücüyle sınırlı olan sorunları çözebileceği anlamına geliyor.
Örneğin, bir kuantum bilgisayar, eve dönmeden önce birden fazla şehir arasındaki en kısa rotayı bulmayı gerektiren karmaşık bir hesaplama problemi olan ünlü gezici satıcı problemini kabaca çözebilir. Kulağa basit geliyor ama matematiksel olarak baktığınızda, rotaya daha fazla şehir ekledikçe en uygun tek yolu bulmak daha da zorlaşıyor.
Benzer şekilde, bir kuantum bilgisayar en zorlu, en çok zaman alan sorunların üstesinden gelebilir, en uygun çözümleri bulmak için çok büyük miktardaki finansal, farmasötik veya iklim verilerini eleyebilir. Aslında, kuantum girişimi D-Wave, sürüş modellerini analiz etmek ve olayların temeline inmek için büyük miktardaki gürültüyü elemek için Volkswagen ile zaten işbirliği yapıyor.
Kriptografi alanındaki yararlılığı tartışılmıştır. Bir kuantum bilgisayar, daha önce bilinen bir şifreden farklı bir şifreleme yöntemine hakim olma yeteneğine sahiptir ve bu, devlet sırlarını bile kolayca deşifre etmesine olanak tanır. Aktivistler kuantum bilişimin ortaya çıkmasının mahremiyete zarar verebileceğinden korkarken, küresel hükümetler bu kullanışlı özelliğe büyük ilgi gösteriyor.
Fizik problemi
Gartner Ar-Ge başkan yardımcısı Matthew Briss, "Kuantum hesaplama henüz başlangıç aşamasında olduğundan, kanıtlanmamış birçok bilgi var" dedi. "Ancak alıcılar zaten kendi işletmeleri için kuantum bilişimin rekabet avantajlarını belirleyecek uygulamalar arıyorlar" diyor.
Tüm bu abartıya rağmen uzmanlar, kuantum bilgisayarların 1950'lerdeki PC'ler kadar öncülük etmekten uzak olduğuna inanıyor. Elbette ivme kazanıyorlar ama yavaş yavaş.
Forrester'ın başkan yardımcısı ve baş analisti Brian Hopkins, Business Insider'a "Kuantum hesaplama yavaş hareket eden bir trene benzetilebilir" dedi. "Eğer saniyede bir inç hareket ederse, bir ay içinde zaten saniyede iki inç geçmiş olacaktır." Çok yakında daha hızlı hareket etmeye başlayacak."
Şimdiki en büyük sorun, klasik bir bilgisayarın yapamadığı hiçbir şeyi kuantum bilgisayarının yapamamasıdır. Sektör, kuantum bilgisayarların mevcut sınırlamaların ötesine geçeceği, kuantum üstünlüğü adı verilen bir anı sabırsızlıkla bekliyor.
Analist Briss, "Müşteriler bize geldiğinde bize söyledikleri en önemli şey, işlerine yararlı olduğu sürece hangi model olduğunu umursamadıklarıdır" diyor. — Klasik algoritmalardan daha üstün performans gösterebilecek bir model yoktur. Kuantum bilgisayar donanımı gelişmeye başlayana kadar gerçekten beklememiz gerekiyor.”
IBM Araştırma Görevlisi Katie Pooley, kuantum bilgisayarların sıcaklıklarını düşük tutmasına yardımcı olan kriyostatı inceliyor. Fotoğraf: Andy Aaron, IBM
En büyük sorun bilgi işlem gücünün eksikliği olmaya devam ediyor. Kuantum üstünlüğünün 50 kübit gücünde bir bilgisayar gerektireceği varsayılıyor. Bu dönüm noktasına laboratuvarda ulaşılmış olsa da kalıcı değildir ve sürdürülemez. Gerçekten de kübitler hem hatalara açık hem de kararsız olabiliyor, bu da onların oluşumunda sorunlara yol açıyor ve potansiyellerini azaltıyor.
Bir diğer önemli faktör ise daha fazla malzemedir. Kuantum bilgisayarların çalışabilmesi için bulundukları ortamdan tamamen izole olmaları gerekiyor ve çok düşük sıcaklıklara ihtiyaç duyuyorlar. En küçük titreşimler bile kübitlerin çökmesine ve süperpozisyonlarının dışına çıkmasına neden olabilir; tıpkı bir çocuğun masaya vurması, dönen paraların masanın üzerine düşmesine neden olduğu gibi.
IBM Q System One gibi önceki kuantum bilgisayarlar o kadar büyük ki, gerekli izolasyon ve soğutma koşulları gerçek bir zorluk haline geliyor. Bu sorunu daha da kötüleştiren şey, gerekli bileşenlerin eksikliğidir: süper iletken kablolar ve düşük sıcaklıklı buzdolapları. Ciddi bir kıtlık içindeler.
Sonuçta bu, bilginin gelişmesine ve teknolojinin ilerlemesine rağmen kuantum hesaplamanın hala pratik olarak mümkün olmadığı anlamına geliyor.
Intel'den Clark, "Çalışma grubumdaki zorluklardan biri, çok homojen bir ortam yaratabilmek için malzemeleri, silikonu ve metalleri manipüle etmek" dedi. - Bu temelde en iyi yarı iletken teknolojisidir. Büyük ölçekte kuantum hesaplama oluşturmak için ihtiyaç duyduğumuz teknolojiler henüz mevcut değil."
Diğer bir sorun ise kuantum bilgisayarların öngörülemeyen bilgi işlem gücü sağlama konusunda yadsınamaz bir potansiyele sahip olmasıdır. Bununla birlikte, bu dünyada bu sistemleri programlama veya çalıştırma konusunda gerçekten deneyimi olan çok fazla insan yok ve potansiyel alıcılar, onu gerçekten nasıl kullanacaklarını bulmaya çalışırken büyüleniyorlar.
Büyük Kuantum Yarışı
Analistler, IBM Q System One'ın sınırlı ticari bulunabilirliği sayesinde IBM'in şu anda kuantum hesaplama yarışında lider olduğunu söylüyor. Bulut üzerinden erişildiği için IBM, bu kuantum bilgisayarın çalışır durumda kalmasını sağlamak için bu özel koşulları korurken aynı zamanda belirli müşterilerin onu kullanmasına izin verebilir.
Analist Briss, "Sanırım [IBM'in kuantum bilgisayarı] sallanıyor" dedi. “Bir hizmet modeli olarak kuantum hesaplamanın doğru model olduğunu düşünüyorum.” Onu bir kaba koyarak ve özel olarak işleyerek kalitesini gerçekten artırmaya çalışıyorlar."
IBM'den Sarah Sheldon ve Pat Gumann, kuantum bilgisayarları soğutan bir çözünme buzdolabı üzerinde çalışıyorlar. Fotoğraf: IBM
Aynı zamanda analistler, bu pazardaki oyunculardan herhangi birinin her an öne geçmesini sağlayacak bir atılım gerçekleştirebileceğini ve bunun hala gerekli bir rekabet olduğunu belirtiyor.
Farklı BT devleri bu soruna farklı şekilde yaklaşıyor. Intel, IBM, Google ve kuantum hesaplama girişimi Rigetti, son teknoloji ürünü süper bilgisayarlar tarafından desteklenen, süper iletken devrelere dayalı sistemler inşa ediyor.
daha iyi bir kübit yaratmaya çalışırken tamamen farklı ve belki de daha riskli bir yaklaşım benimsiyor. Microsoft'un bilgileri aynı anda birden fazla yerde depolamak için elektron parçacıkları oluşturmaya çalıştığı topolojik kübit, onu daha kararlı ve yıkıma daha az eğilimli hale getiriyor. Analist Hopkins, rakiplerinin oluşturmaya çalıştığından daha az sağlam olduğunu ancak sonucun kuantum hesaplama alanının tamamı için ileriye doğru büyük bir adım olacağını söyledi.
Hopkins, "Kumar oynuyorlar ve birçok kişi asla başarılı olamayacaklarını düşünüyor" dedi.
Daha maceracı tarafta, IonQ ve D-Wave gibi girişimler iyon yakalama ve kuantum tavlama gibi en son teknolojilere yatırım yapıyor. Basitçe söylemek gerekirse, tamamen yeni yöntemler kullanarak, her kübitten daha yüksek performans ve kararlılık elde etmek için farklı yollar deniyorlar.
D-Wave işlemci ve kuantum ürün tasarımı ve geliştirmeden sorumlu başkan yardımcısı Mark Johnson, Business Insider'a şöyle konuştu: "Bu, karmaşık sorunları çözen ve bunu yaparken sürekli ilerleyen bir kuantum bilgisayar oluşturmamıza olanak tanıyor."
Bir IBM kuantum bilimcisi, New York Yorktown Heights'taki Thomas J. Watson Araştırma Merkezi'ndeki IBM Q Bilgi İşlem Merkezi'nde yürüyor. Fotoğraf: IBM adına Connie Zhou
Kuantum Girişimleri
Kuantum bilişimdeki artış, yatırımcıların ilgili girişimlere olan ilgisini artırdı. IBM'den Robert Sutor, dünya çapında yaklaşık 100 kuantum yazılımı, donanımı ve hatta danışmanlık girişiminin bulunduğunu tahmin ediyor. Bu, devasa startup pazarıyla karşılaştırıldığında küçük ama eskisinden çok daha büyük.
IonQ'dan Monroe, "En başından beri uzun zamandır bu alandayım" dedi. — Uzun bir süre emekleme aşamasındaydı, 5-8 yıl öncesine kadar ilgi gördü, büyük yatırımlar çekti. Artık vaktinin geldiği belli oldu."
Chris Monroe, kuantum hesaplama girişimi IonQ'nun CEO'su ve kurucu ortağı. Fotoğraf: “IonQ”
Rigetti gibi bazıları, kendi kuantum çipleri ve gelişmiş kuantum hesaplama sistemleriyle teknoloji devleriyle rekabete girmeye hazır.
Rigetti'nin üründen sorumlu başkan yardımcısı Betsy Masiello, Business Insider'a "Bu işimizin özü" dedi. — Kuantum alanında, kuantum hesaplama alanında yazılım uygulamaları üzerinde çalışan birçok şirket var. Mikroçipler üretiyoruz ve bilgi işlem sistemleri kuruyoruz.”
Maverick Ventures'ın genel müdürü Matthew Kinsella, kuantum hesaplama alanında yükselişe geçtiğini söylüyor. Şirketi, kuantum sistemlerinde kullanılan ekipmanları üreten ColdQuanta şirketine yatırım yapacak kadar ileri gitti. Kuantum bilgisayarların XNUMX ila XNUMX yıl içerisinde günümüz sistemlerini geride bırakmasını bekliyor. Maverick Ventures uzun vadeli bahis oynuyor.
“Kuantum hesaplamaya gerçekten inanıyorum, ancak bir kuantum bilgisayarın günlük sorunları çözmek için geleneksel bir bilgisayardan daha iyi hale gelmesi beklenenden daha uzun sürebilir. Kinsella, "Önümüzdeki birkaç yıl içinde küçük ölçekli sorunların çözümünde kuantum bilgisayarların faydalarını muhtemelen göreceğiz" dedi.
D-Wave'in 2000Q Sistem laboratuvarları. Fotoğraf: D-Wave
Kinsella da konuştuğumuz analistler gibi "kuantum kışı" olarak adlandırılan bir kış bekliyor. Uzmanlar, kuantum bilgisayarlarla ilgili abartılı bir reklam olsa da insanların umutlarının arttığı konusunda uyarıyor. Makineler henüz mükemmel değil ve yatırımcıların sonuçları görmesi yıllar alacak.
Perspektifte
Uzmanlar, kuantum üstünlüğünün ötesinde bile geleneksel bilgisayarlara ve süper bilgisayarlara hâlâ yer olduğu konusunda bizi temin ediyor. O zamana kadar, bunu tartışmadan önce hâlâ maliyet, boyut, güvenilirlik ve işlem gücü sorunlarının çözülmesi gerekiyor.
Analist Briss, "Nefes almaya ihtiyacımız var" dedi. "Bu bölgede zaman alan pek çok heyecan verici şey oluyor." Fizik, bilgisayar bilimi ve açıkçası bilimsel analizden oluşan bir gruptur. Tüm cevapları bilseydik bunu araştırmak zorunda kalmazdık ama önümüzde yapılacak çok araştırma var."
Rigetti kuantum bilgisayarı. Fotoğraf: “Rigetti”
Ancak çoğu kişi için bunun gelecek olduğu açıktır. Tıpkı ilk ana bilgisayar yapımcılarının, bunun sonunda daha fazla avuç içi boyutunda akıllı telefonlara yol açacağını fark etmedikleri gibi. Kuantum bilgisayar tamamen yeni bir yolun ilk adımı olabilir.
Microsoft'un Kurumsal Yönetimden Sorumlu Başkan Yardımcısı Todd Holmdahl gibi çok az kişi bunun günümüzde yapay zeka ve makine öğreniminden daha önemli olabileceğini söyleyecek kadar iyimser. Çocuklarına tutku duydukları işi yapmaları gerektiğini, yapay zeka alanında her zaman iş bulabileceklerini anlatırdı. Şimdi kuantum hesaplama için de aynısını söyleyecek.
"Bu gelişecek bir alan. Bunu dolduracak ve kurumasını önleyecek insanlara ihtiyacımız var” dedi Holmdahl. "Bizim neslimizde önemli bir rol oynuyor ve bize gelecekte harika şeyler yaratma fırsatını veriyor."
Kaynak: habr.com