Kvant hisoblash hamma narsani o'zgartirishi mumkin va IBM uni o'zlashtirish uchun Microsoft, Intel va Google bilan raqobatlashmoqda

Jim Klark, Intel kompaniyasining kvant apparati direktori, kompaniyaning kvant protsessorlaridan biri bilan. Surat; Intel

• Kvant kompyuterlari o'ta hayajonli texnologiya bo'lib, ilgari hal qilib bo'lmaydigan muammolarni hal qilish uchun kuchli hisoblash qobiliyatlarini yaratish va'dasini beradi.
• Mutaxassislarning ta'kidlashicha, IBM kvant hisoblash sohasida yetakchilik qilgan, shuning uchun ham Google, Intel, Microsoft va bir qator startaplar uning ta'siri ostida.
• Investorlar bozorni buzishi mumkin bo'lgan IonQ, ColdQuanta, D-Wave Systems va Rigetti kabi kvant hisoblash startaplariga jalb qilinadi.
• Biroq, bir narsa bor: zamonaviy kvant kompyuterlari, odatda, bugungi superkompyuterlar kabi kuchli yoki ishonchli emas, shuningdek, ishga tushirish va yuklash uchun maxsus shartlarni talab qiladi.

Yanvar oyida IBM biznes uchun mavjud bo'lgan dunyodagi birinchi kvant kompyuteri IBM Q System One ni e'lon qilganida to'lqinlar paydo bo'ldi. Qurilma 9 kub fut hajmli silliq shisha idishda joylashgan edi.

Bu hali ham tadqiqot laboratoriyalarida joylashgan kvant kompyuterlari uchun muhim bosqichdir. IBM ma'lumotlariga ko'ra, xaridorlar turli sohalarda istiqbolni ko'rsatuvchi texnologiyani qo'lga kiritishga intilmoqda: kimyo, materialshunoslik, oziq-ovqat ishlab chiqarish, aerokosmik, dori vositalarini ishlab chiqish, fond bozori prognozi va hatto iqlim o'zgarishi.

IBM Q System One. Foto: IBM

Hayajonlanishning sababi shundaki, kvant kompyuteri odatdagi tizimga qaraganda ko'proq ma'lumotni qayta ishlashga imkon beruvchi sehrli xususiyatlarga ega. Kvant kompyuteri shunchaki juda tez kompyuter emas, aniqrog'i, bu tubdan qayta ko'rib chiqishni talab qiladigan butunlay boshqacha hisoblash paradigmasi.

Texnologiyalar poygasida ushbu texnologiya taqdim etgan imkoniyatlardan foydalangan kompaniya g'olib bo'ladi. IBM, Microsoft, Google va boshqa texnologiya gigantlari, shuningdek, startaplar ushbu texnologiyaga pul tikishmoqda.

Business Insider IBM Q Strategy va Ecosystem vitse-prezidenti Bob Sutordan ushbu tizimlarni odamlarga qanday qilib kirish mumkinligi haqida so'radi: Odamlar ularga qanday kirishadi? Qanday qilib ko'pchilik o'z vazifalarini bajarish uchun kvant kompyuterlaridan foydalanishni o'rganishi mumkin?

Tez orada ofisda kvant kompyuterlarini ko'rish imkoniyati kam. Biz suhbatlashgan mutaxassislar, IBM uchun mavjud bo'lishiga qaramay, kvant hisoblashlari haqiqatan ham asosiy oqimga kirishiga yana besh-o'n yil kerak bo'ladi, deb hisoblashadi. IBM Q System One hozirda faqat mijozlarni tanlash uchun bulutli hisoblash xizmati sifatida mavjud. Odamlar shunga o'xshash narsalarni sotib olishlari va uni o'z maqsadlari uchun ishlatishlari uchun biroz vaqt kerak bo'ladi.

Darhaqiqat, ekspertlarning ta'kidlashicha, kvant kompyuterlari katta istiqbollarni ko'rsatmoqda, ammo ular ommaviy ishlab chiqarishdan yiroq. Ular juda nozik va ishlash uchun maxsus sharoitlarni talab qiladi. Bundan tashqari, bugungi kunda kvant kompyuterlari bizda mavjud bo'lgan kompyuterlar kabi ishonchli yoki kuchli emas.

"Biz ishonamizki, taxminan o'n yil ichida kvant kompyuteri sizning yoki meniki hayotingizni o'zgartiradi", dedi Intel kvant apparati direktori Jim Klark Business Insiderga. — Darhaqiqat, biz hozir marafonning birinchi milyasida turibmiz. Bu bizni tashvishlantirmaydi degani emas”.

Kvant kompyuteri nima?

Bir marta Bill Geyts kvant ortidagi matematika uning tushunchasidan tashqarida ekanligini aytdi, ammo hamma ham bunga rozi emas.

IonQ bosh direktori va asoschisi Kris Monro Business Insider nashriga bergan intervyusida: “Kvant fizikasi fizika va u juda murakkab degan noto‘g‘ri tushuncha. "Buni ko'pchilik uchun tushunarsiz qiladigan narsa shundaki, u tushunarsizdir, lekin u siz uchun tushunarsiz bo'lgani kabi men uchun ham tushunarsizdir." Agar biror narsa superpozitsiyada bo'lishi mumkin bo'lsa, demak u bir vaqtning o'zida ikkita holatda bo'lishi mumkin. Bu g‘alati, chunki biz buni real dunyoda boshdan kechirmaymiz”.

Biz foydalanadigan kompyuterlar ma'lumotlarni ikkilik kod deb ataladigan 1 yoki 0 qator sifatida ko'rsatadi. Biroq, kvant kompyuteri ma'lumotlarni bir vaqtning o'zida 1, 0 yoki, eng muhimi, ikkala raqam sifatida ko'rsatishi mumkin.

Tizim bir vaqtning o'zida bir nechta holatda bo'lishi mumkin bo'lsa, u "superpozitsiya" deb ataladi, bu kvant hisoblashning sehrli xususiyatlaridan biri. Bu erda yana bir asosiy tamoyil - bu ikki zarrachaning jismoniy jihatdan bir-biridan qanchalik uzoqda bo'lishidan qat'i nazar, mukammal sinxron harakatlanishiga imkon beruvchi kvant xususiyati bo'lgan "chalkashlik".

Buni tushuntirganidek maqola Scientific American-da bu ikki sifat bir vaqtning o'zida bozordagi har qanday tizimdan ko'ra ko'proq ma'lumotlarni qayta ishlay oladigan kompyuterni yaratish uchun birlashadi.

Kvant kompyuterining kuchi kvant kompyuteridagi asosiy o'lchov birligi bo'lgan kubitlarda o'lchanadi. Zamonaviy kompyuterlar 32 yoki 64 bitli protsessorlarga ega bo'lganidek (ular bir vaqtning o'zida qancha ma'lumotni qayta ishlashlari mumkinligini ko'rsatadigan o'lchov), ko'proq kubitli kvant kompyuteri sezilarli darajada ko'proq ishlov berish quvvatiga ega.

Kvant kompyuteri ichida. Foto: IBM

Osmon chegaradir

Bularning barchasi kvant kompyuteri ilgari hisoblash quvvati bilan cheklangan muammolarni hal qila olishini anglatadi.

Misol uchun, kvant kompyuteri uyga qaytishdan oldin bir nechta shaharlar orasidagi eng qisqa yo'lni topishni talab qiladigan murakkab hisoblash muammosi bo'lgan mashhur sayohatchi sotuvchi muammosini qo'pol ravishda hal qilishi mumkin. Bu oddiy tuyuladi, lekin agar siz unga matematik jihatdan qarasangiz, uning marshrutiga ko'proq shaharlar qo'shsangiz, yagona optimal yo'lni topish qiyinlashadi.

Xuddi shunday, kvant kompyuteri eng qiyin, eng ko'p vaqt talab qiladigan muammolarni yengib o'tishi mumkin, optimal echimlarni topish uchun katta miqdordagi moliyaviy, farmatsevtika yoki iqlim ma'lumotlarini elakdan o'tkazishi mumkin. Darhaqiqat, D-Wave kvant startapi allaqachon Volkswagen bilan haydash naqshlarini tahlil qilish va ishning tubiga kirish uchun katta miqdordagi shovqinlarni elakdan o'tkazish uchun hamkorlik qilmoqda.

Uning kriptografiya sohasidagi foydaliligi muhokama qilinadi. Kvant kompyuteri ilgari ma'lum bo'lgan shifrdan farq qiluvchi shifrlash usulini o'zlashtirishga qodir, bu esa unga hatto davlat sirlarini ham osonlik bilan ochish imkonini beradi. Ushbu foydali xususiyatga global hukumatlar tomonidan katta qiziqish bor, faollar esa kvant hisoblashning paydo bo'lishi shaxsiy hayotni buzishi mumkinligidan qo'rqishadi.

Fizika muammosi

"Kvant hisoblashlari hali dastlabki bosqichda bo'lganligi sababli, isbotlanmagan ko'plab ma'lumotlar mavjud", dedi Metyu Briss, Gartner ilmiy-tadqiqot ishlari bo'yicha vitse-prezidenti. "Ammo xaridorlar allaqachon o'z bizneslari uchun kvant hisoblashning raqobatbardosh afzalliklarini aniqlash uchun ilovalarni qidirmoqdalar", deydi u.
Barcha shov-shuvlarga qaramay, ekspertlarning fikricha, kvant kompyuterlari 1950-yillardagi shaxsiy kompyuterlar yetakchilik qilishdan uzoqda. Albatta, ular kuchayib bormoqda, lekin asta-sekin.
Forrester vitse-prezidenti va bosh tahlilchisi Brayan Xopkins Business Insider nashriga bergan intervyusida: “Kvant hisoblashni sekin harakatlanuvchi poyezd bilan solishtirish mumkin. "Agar u soniyasiga bir dyuym harakat qilsa, bir oy ichida u soniyasiga ikki dyuymni bosib o'tadi." Tez orada u tezroq harakat qila boshlaydi."

Endi katta muammo shundaki, kvant kompyuteri klassik kompyuter qila olmaydigan narsani qila olmaydi. Sanoat kvant ustunligi deb ataladigan bir lahzani kutmoqda, bunda kvant kompyuterlari joriy cheklovlardan tashqariga chiqadi.

"Mijozlar bizga kelganlarida, ular bizga aytadigan asosiy narsa shundaki, ular bizneslari uchun foydali bo'lsa, u qanday model ekanligiga ahamiyat bermaydilar", deydi tahlilchi Briss. — Klassik algoritmlardan ustun bo'ladigan model yo'q. Biz haqiqatan ham kvant kompyuter uskunasi yaxshilana boshlaguncha kutishimiz kerak”.

IBM tadqiqotchisi Keti Puli kvant kompyuterlariga haroratni past darajada ushlab turishga yordam beradigan kriostatni tekshirmoqda. Surat: Endi Aaron, IBM

Katta muammo hisoblash quvvatining etishmasligi bo'lib qolmoqda. Kvant ustunligi uchun 50 kubit quvvatga ega kompyuter kerak bo'ladi, deb taxmin qilinadi. Garchi laboratoriyada bu muhim bosqichga erishilgan bo'lsa-da, u doimiy emas va uni saqlab bo'lmaydi. Darhaqiqat, qubitlar ham xatolarga duchor bo'lishi mumkin, ham beqaror bo'lishi mumkin, bu ularning avlodlari bilan bog'liq muammolarga olib keladi va ularning salohiyatini pasaytiradi.

Yana bir muhim omil - ko'proq material. Kvant kompyuterlari ishlashi uchun atrof-muhitdan butunlay ajratilgan bo'lishi va juda past haroratni talab qilishi kerak. Hatto eng kichik tebranishlar ham kubitlarni yiqilishiga olib keladi va ularni superpozitsiyadan chiqarib yuborishi mumkin, xuddi bola stolni taqillatganidek, aylanayotgan tangalar stol ustiga tushishiga olib keladi.

IBM Q System One kabi oldingi kvant kompyuterlari shunchalik kattaki, zarur izolyatsiya va sovutish sharoitlari haqiqiy muammoga aylanadi. Ushbu muammoni yanada kuchaytirish zarur komponentlarning etishmasligi: supero'tkazuvchi kabellar va past haroratli muzlatgichlar. Ular jiddiy tanqislikda.

Oxir oqibat, bu shuni anglatadiki, bilim takomillashib, texnologiya rivojlanayotgan bo'lsa-da, kvant hisoblash hali ham amalda amalga oshirilmaydi.

"Mening ishchi guruhimdagi qiyinchiliklardan biri bu materiallar, kremniy va metallarni manipulyatsiya qilishdir, shunda biz juda bir hil muhitni yaratishimiz mumkin", dedi Intel kompaniyasidan Klark. - Bu, asosan, eng yaxshi yarimo'tkazgich texnologiyasi. Keng miqyosda kvant hisoblashlarini yaratishimiz kerak bo'lgan texnologiyalar hozircha mavjud emas.
Yana bir muammo shundaki, kvant kompyuterlari kutilmagan hisoblash quvvatini ta'minlash uchun inkor etilmaydigan salohiyatga ega. Biroq, bu dunyoda ushbu tizimlarni dasturlash yoki ishlatish tajribasiga ega bo'lgan odamlar unchalik ko'p emas va potentsial xaridorlar undan qanday foydalanishni bilishga hayron bo'lishadi.

Buyuk kvant poygasi

Tahlilchilarning ta'kidlashicha, IBM Q System One ning cheklangan tijorat mavjudligi tufayli hozirda IBM kvant hisoblash poygasida yetakchilik qilmoqda. Unga bulut orqali kirish mumkinligi sababli, IBM ushbu kvant kompyuterining ishlashini ta'minlash uchun ushbu maxsus shartlarni saqlab turishi mumkin va shu bilan birga tanlangan mijozlarga undan foydalanishga ruxsat beradi.

“Menimcha, [IBM’ning kvant kompyuteri] tebranmoqda”, dedi tahlilchi Briss. "Menimcha, kvant hisoblashlari xizmat ko'rsatish modeli sifatida to'g'ri modeldir." Uni idishga solib, maxsus ishlov berish orqali ular haqiqatan ham uning sifatini yaxshilashga harakat qilmoqdalar”.

IBM kompaniyasidan Sara Sheldon va Pat Gumann kvant kompyuterlarini sovutadigan erituvchi muzlatgich ustida ishlamoqda. Foto: IBM

Shu bilan birga, tahlilchilar ushbu bozordagi har qanday o'yinchi istalgan vaqtda oldinga o'tishga imkon beradigan yutuqga ega bo'lishi mumkinligini va bu hali ham zarur raqobat ekanligini ta'kidlamoqda.

Turli IT gigantlari bu muammoga boshqacha yondashadi. Intel, IBM, Google va kvant hisoblash startapi Rigetti eng zamonaviy superkompyuterlar bilan taʼminlangan superoʻtkazgichli sxemalar asosidagi tizimlar qurmoqda.

Microsoft yaxshiroq qubit yaratishga urinishda butunlay boshqacha va ehtimol xavfliroq yondashuvni qo'llaydi. Microsoft bir vaqtning o'zida bir nechta joyda ma'lumotlarni saqlash uchun elektron parchalarini yaratishga harakat qilayotgan topologik qubit, bu uni yanada barqaror va yo'q qilishga kamroq moyil qiladi. Bu uning raqobatchilari qurmoqchi bo'lgan narsadan kamroq mustahkam, ammo natija kvant hisoblashning butun sohasi uchun oldinga katta qadam bo'ladi, deydi tahlilchi Xopkins.

"Ular qimor o'ynashmoqda va ko'pchilik hech qachon muvaffaqiyatga erisha olmaydi deb o'ylaydi", dedi Xopkins.

Ko'proq sarguzashtli tomonda, IonQ va D-Wave kabi startaplar ionlarni ushlab turish va kvantni yumshatish kabi ilg'or texnologiyalarga pul tikishmoqda. Oddiy qilib aytganda, ular mutlaqo yangi usullardan foydalangan holda har bir kubitdan ko'proq ishlash va barqarorlikka erishish uchun turli yo'llar bilan harakat qilmoqdalar.

D-Wave protsessorlari va kvant mahsulotlarini loyihalash va ishlab chiqish bo‘yicha vitse-prezidenti Mark Jonson Business Insider nashriga bergan intervyusida “Bu bizga murakkab muammolarni hal qiladigan va bu borada doimiy ravishda rivojlanib boruvchi kvant kompyuterini yaratish imkonini beradi”.

IBM kvant olimi Nyu-Yorkdagi Yorktaun Heights shahridagi Tomas J. Uotson tadqiqot markazidagi IBM Q hisoblash markazida yurmoqda. Foto: IBM uchun Konni Chjou

Kvant startaplari

Kvant hisoblashlarining o'sishi investorlarning tegishli startaplarga qiziqish to'lqinini keltirib chiqardi. IBM kompaniyasidan Robert Sutorning hisob-kitoblariga ko'ra, butun dunyo bo'ylab 100 ga yaqin kvant dasturiy ta'minot, apparat va hatto konsalting startaplari mavjud. Bu ulkan startap bozoriga nisbatan kichik, lekin avvalgidan ancha katta.

"Men boshidanoq bu makonda uzoq vaqt bo'lganman", dedi IonQ Monroi. — Ancha vaqt go‘zallik chog‘ida edi, bundan 5-8 yil avval e’tiborni tortdi, katta sarmoyalarni jalb qildi. Vaqti kelgani ma’lum bo‘ldi”.

Kris Monro, IonQ kvant hisoblash startapining bosh direktori va hammuassisi. Foto: IonQ

Ba'zilar, masalan, Rigetti, o'zlarining kvant chiplari va murakkab kvant hisoblash tizimlariga ega bo'lgan texnologik titanlar bilan oyoqqa turishga tayyor.

Rigetti kompaniyasining mahsulot bo'yicha vitse-prezidenti Betsi Masiello Business Insider nashriga bergan intervyusida: "Bu bizning biznesimizning asosidir", dedi. — Kvant fazosida kvant hisoblash sohasida dasturiy ilovalar ustida ishlayotgan ko'plab kompaniyalar mavjud. Biz mikrochiplar ishlab chiqaramiz va hisoblash tizimlarini quramiz”.

Maverick Ventures kompaniyasining boshqaruvchi direktori Metyu Kinsella kvant hisoblash sohasida o'zini kuchli deb hisoblaydi. Uning kompaniyasi kvant tizimlarida ishlatiladigan asbob-uskunalar ishlab chiqaruvchi ColdQuanta kompaniyasiga sarmoya kiritishgacha borgan. U kvant kompyuterlari XNUMX-XNUMX yil ichida bugungi tizimlardan ustun bo‘lishini kutmoqda. Maverick Ventures uzoq muddatga pul tikmoqda.

“Men kvant hisoblashlariga ishonaman, garchi kvant kompyuteri kundalik muammolarni hal qilish uchun an'anaviy kompyuterdan yaxshiroq bo'lishi kutilganidan ko'proq vaqt talab qilishi mumkin. Kelgusi bir necha yil ichida kichik hajmdagi muammolarni hal qilishda kvant kompyuterlarining afzalliklarini ko'ramiz”, dedi Kinsella.

D-Wave ning 2000Q Systems laboratoriyalari. Foto: D-wave

Kinsella, biz suhbatlashgan tahlilchilar singari, "kvant qishi" deb ataladigan vaqtni kutmoqda. Kvant kompyuterlari atrofida shov-shuv bo'lishi mumkin, ammo odamlar umidlarini oshirmoqdalar, deya ogohlantirmoqda ekspertlar. Mashinalar hali mukammal emas va investorlar natijalarni ko'rishlari uchun yillar o'tadi.

Perspektivda

Kvant ustunligidan tashqari, mutaxassislar bizni an'anaviy kompyuterlar va superkompyuterlar uchun hali ham joy borligiga ishontirmoqda. Shu vaqtgacha biz uni muhokama qilishdan oldin hal qilishimiz kerak bo'lgan xarajat, o'lcham, ishonchlilik va ishlov berish quvvati muammolari mavjud.

"Biz nafas olishimiz kerak", dedi tahlilchi Briss. "Bu sohada vaqt talab qiladigan juda ko'p qiziqarli narsalar sodir bo'lmoqda." Bu fizika, informatika va ochig'ini aytganda, ilmiy tahlilning konglomeratidir. Agar biz barcha javoblarni bilsak, buni o'rganishimiz shart emas edi, lekin oldinda juda ko'p tadqiqot ishlari bor."

Rigetti kvant kompyuteri. Surat: Rigetti

Biroq, ko'pchilik uchun bu kelajak ekanligi aniq. Xuddi birinchi asosiy kompyuter ishlab chiqaruvchilari bu oxir-oqibat kaft o'lchamidagi smartfonlarga olib kelishini tushunmagani kabi. Kvant kompyuteri butunlay yangi yo'lda birinchi qadam bo'lishi mumkin.

Microsoft korporativ boshqaruv bo'yicha vitse-prezidenti Todd Xolmdahl kabi, bugungi kunda sun'iy intellekt va mashinani o'rganishdan ko'ra muhimroq bo'lishi mumkinligini aytish uchun juda optimistik odamlar kam. U o‘z farzandlariga o‘zlari ishtiyoqi bo‘lgan ish bilan shug‘ullanishlari kerakligini va har doim sun’iy intellekt bo‘yicha ish topishlari mumkinligini aytadi. Endi u kvant hisoblashlari haqida ham shunday deydi.

“Bu rivojlanadigan soha. Bizga uni to'ldirish va uni qurib ketmasligi uchun odamlar kerak ”, dedi Xolmdahl. "Bu bizning avlodimizda muhim rol o'ynaydi va bizga kelajakda ajoyib narsalarni yaratish imkoniyatini beradi."

Manba: www.habr.com