Quantumrun

BEELDKREDIET: Quantumrun

Hoe Quantum-rekenaars die wêreld sal verander: Future of Computers P7

David Tal, uitgewer, toekomskundige
@DavidTalWrites
LinkedIn

Ma, 09 / 14 / 2020 - 05: 14

Daar is baie ophef wat rondom die algemene rekenaarbedryf sweef, hype gesentreer rondom een spesifieke tegnologie wat die potensiaal het om alles te verander: kwantumrekenaars. Omdat ons ons maatskappy se naamgenoot is, sal ons erken dat ons 'n vooroordeel in ons bullishness rondom hierdie tegnologie is, en in die loop van hierdie laaste hoofstuk van ons Future of Computers-reeks, hoop ons om met jou te deel presies hoekom dit is.

Op 'n basiese vlak bied 'n kwantumrekenaar 'n geleentheid om inligting op 'n fundamenteel ander manier te manipuleer. Trouens, sodra hierdie tegnologie volwasse is, sal hierdie rekenaars nie net wiskundige probleme vinniger oplos as enige rekenaar wat tans bestaan nie, maar ook enige rekenaar wat na verwagting oor die volgende paar dekades sal bestaan (met die veronderstelling dat Moore se wet waar is). In werklikheid soortgelyk aan ons bespreking rondom superrekenaars in ons laaste hoofstuk, toekomstige kwantumrekenaars sal die mensdom in staat stel om steeds groter vrae aan te pak wat ons kan help om 'n diepgaande dieper begrip van die wêreld om ons te kry.

Wat is kwantumrekenaars?

Hype ter syde, hoe verskil kwantumrekenaars as standaardrekenaars? En hoe werk hulle?

Vir visuele leerders beveel ons aan om hierdie prettige, kort video van die Kurzgesagt YouTube-span oor hierdie onderwerp te kyk:

Intussen, vir ons lesers, sal ons ons bes doen om kwantumrekenaars te verduidelik sonder die behoefte aan 'n fisika-graad.

Om mee te begin, moet ons onthou dat die basiese eenheid van inligting rekenaars proses 'n bietjie is. Hierdie bisse kan een van twee waardes hê: 1 of 0, aan of af, ja of nee. As jy genoeg van hierdie stukkies saam kombineer, kan jy dan getalle van enige grootte voorstel en allerhande berekeninge daarop doen, op na die ander. Hoe groter of kragtiger die rekenaarskyfie, hoe groter is die getalle wat jy kan skep en berekeninge toepas, en hoe vinniger kan jy van een berekening na 'n ander beweeg.

Kwantumrekenaars verskil op twee belangrike maniere.

Eerstens, is die voordeel van "superposisie." Terwyl tradisionele rekenaars met bisse werk, werk kwantumrekenaars met qubits. Die superposisie-effek wat kwbits moontlik maak, is dat in plaas daarvan om tot een van twee moontlike waardes (1 of 0) beperk te word, ’n kwbit as ’n mengsel van albei kan bestaan. Hierdie kenmerk laat kwantumrekenaars toe om doeltreffender (vinniger) te werk as tradisionele rekenaars.

Tweedens, is die voordeel van "verstrengeling." Hierdie verskynsel is 'n unieke kwantumfisika-gedrag wat die lot van 'n hoeveelheid verskillende deeltjies bind, sodat wat met een gebeur die ander sal beïnvloed. Wanneer dit op kwantumrekenaars toegepas word, beteken dit dat hulle al hul kwantumrekenaars gelyktydig kan manipuleer - met ander woorde, in plaas daarvan om 'n stel berekeninge een na die ander te doen, kan 'n kwantumrekenaar hulle almal op dieselfde tyd doen.

Die wedloop om die eerste kwantumrekenaar te bou

Hierdie opskrif is ietwat van 'n verkeerde benaming. Toonaangewende maatskappye soos Microsoft, IBM en Google het reeds die eerste eksperimentele kwantumrekenaars geskep, maar hierdie vroeë prototipes bevat minder as twee dosyn qubits per skyfie. En hoewel hierdie vroeë pogings 'n goeie eerste stap is, sal tegnologiemaatskappye en regeringsnavorsingsdepartemente 'n kwantumrekenaar met ten minste 49 tot 50 qubits moet bou vir die hype om sy teoretiseerde werklike potensiaal te bereik.

Vir hierdie doel is daar 'n aantal benaderings waarmee geëksperimenteer word om hierdie 50 qubit-mylpaal te bereik, maar twee staan bo alle punte.

In een kamp beoog Google en IBM om 'n kwantumrekenaar te ontwikkel deur qubits voor te stel as strome wat deur supergeleidende drade vloei wat afgekoel word tot –273.15 grade Celsius, of absolute nul. Die teenwoordigheid of afwesigheid van stroom staan vir 'n 1 of 0. Die voordeel van hierdie benadering is dat hierdie supergeleidende drade of stroombane uit silikon gebou kan word, 'n materiaal wat halfgeleier maatskappye het dekades se ondervinding om mee te werk.

Die tweede benadering, gelei deur Microsoft, behels vasgevangde ione wat in 'n vakuumkamer in plek gehou word en deur lasers gemanipuleer word. Die ossillerende ladings funksioneer as qubits, wat dan gebruik word om die kwantumrekenaar se bewerkings te verwerk.

Hoe ons kwantumrekenaars sal gebruik

Goed, as ons die teorie opsy sit, kom ons fokus op die werklike toepassings wat hierdie kwantumrekenaars op die wêreld sal hê en hoe maatskappye en mense daarmee omgaan.

Logistieke en optimaliseringsprobleme. Onder die mees onmiddellike en winsgewende gebruike vir kwantumrekenaars sal optimalisering wees. Wat is die vinnigste roete om soveel as moontlik klante op te laai en af te laai vir toepassings vir deel van ritte, soos Uber? Vir e-handelsreuse, soos Amazon, wat is die mees koste-effektiewe manier om miljarde pakkette af te lewer tydens die vakansiegeskenkkoopstorting?

Hierdie eenvoudige vrae behels dat honderde tot duisende veranderlikes gelyktydig gesyfer word, 'n prestasie wat moderne superrekenaars net nie kan hanteer nie; dus bereken hulle eerder 'n klein persentasie van daardie veranderlikes om hierdie maatskappye te help om hul logistieke behoeftes op 'n minder as optimale manier te bestuur. Maar met 'n kwantumrekenaar sal dit deur 'n berg veranderlikes sny sonder om te sweet.

Weer en klimaat modellering. Soortgelyk aan die punt hierbo, is die rede waarom die weerkanaal dit soms verkeerd kry omdat daar te veel omgewingsveranderlikes is vir hul superrekenaars om te verwerk (dit en soms swak weerdata-insameling). Maar met 'n kwantumrekenaar kan weerwetenskaplikes nie net naby-termyn weerpatrone perfek voorspel nie, maar hulle kan ook meer akkurate langtermyn klimaatbepalings skep om die uitwerking van klimaatsverandering te voorspel.

Gepersonaliseerde medisyne. Om jou DNA en jou unieke mikrobioom te dekodeer, is noodsaaklik vir toekomstige dokters om middels voor te skryf wat perfek vir jou liggaam aangepas is. Terwyl tradisionele superrekenaars vordering gemaak het om DNS koste-effektief te dekodeer, is die mikrobioom ver buite hul bereik—maar nie so vir toekomstige kwantumrekenaars nie.

Kwantumrekenaars sal Big Pharma ook in staat stel om beter te voorspel hoe verskillende molekules met hul middels reageer, en sodoende farmaseutiese ontwikkeling aansienlik versnel en pryse verlaag.

Verkenning van die ruimte. Die ruimteteleskope van vandag (en môre) versamel elke dag enorme hoeveelhede astrologiese beelddata wat die bewegings van triljoene sterrestelsels, sterre, planete en asteroïdes volg. Ongelukkig is dit heeltemal te veel data vir vandag se superrekenaars om deur te sif om sinvolle ontdekkings op 'n gereelde basis te maak. Maar met 'n volwasse kwantumrekenaar gekombineer met masjienleer, kan al hierdie data uiteindelik doeltreffend verwerk word, wat die deur oopmaak vir die ontdekking van honderde tot duisende nuwe planete daagliks teen die vroeë 2030's.

Fundamentele wetenskappe. Soortgelyk aan die punte hierbo, sal die rou rekenaarkrag wat hierdie kwantumrekenaars moontlik maak, wetenskaplikes en ingenieurs in staat stel om nuwe chemikalieë en materiale te ontwerp, sowel as beter funksionerende enjins en natuurlik koeler Kersfeesspeelgoed.

Masjienleer. Deur tradisionele rekenaars te gebruik, benodig masjienleeralgoritmes 'n groot hoeveelheid saamgestelde en benoemde voorbeelde (groot data) om nuwe vaardighede aan te leer. Met kwantumrekenaars kan masjienleersagteware meer begin leer soos mense, waardeur hulle nuwe vaardighede kan optel deur minder data, rommeliger data, dikwels met min instruksies.

Hierdie toepassing is ook 'n onderwerp van opwinding onder navorsers op die gebied van kunsmatige intelligensie (KI), aangesien hierdie verbeterde natuurlike leervermoë vordering in KI-navorsing met dekades kan versnel. Meer hieroor in ons Future of Artificial Intelligence-reeks.

Enkripsie. Ongelukkig is dit die toepassing wat die meeste navorsers en intelligensie-agentskappe senuweeagtig maak. Alle huidige enkripsiedienste is afhanklik van die skep van wagwoorde wat 'n moderne superrekenaar duisende jare sal neem om te kraak; kwantumrekenaars kan teoreties deur hierdie enkripsiesleutels in minder as 'n uur ruk.

Bankwese, kommunikasie, nasionale veiligheidsdienste, die internet self is afhanklik van betroubare enkripsie om te funksioneer. (O, en vergeet ook van die bitcoin, gegewe sy kernafhanklikheid van enkripsie.) As hierdie kwantumrekenaars werk soos geadverteer, sal al hierdie nywerhede in gevaar wees, en in die ergste geval die hele wêreldekonomie in gevaar stel totdat ons kwantumenkripsie bou om te behou tempo.

Intydse taalvertaling. Om hierdie hoofstuk en hierdie reeks op 'n minder stresvolle noot af te sluit, sal kwantumrekenaars ook byna perfekte, intydse taalvertaling tussen enige twee tale moontlik maak, hetsy oor 'n Skype-klets of deur die gebruik van 'n oudio-draagbare of inplanting in jou oor .

Oor 20 jaar sal taal nie meer 'n hindernis vir besigheid en alledaagse interaksies wees nie. Byvoorbeeld, 'n persoon wat net Engels praat kan met meer selfvertroue sakeverhoudings aanknoop met vennote in die buiteland waar Engelse handelsmerke andersins nie sou deurdring nie, en wanneer hy genoemde vreemde lande besoek, kan hierdie persoon selfs verlief raak op 'n sekere iemand wat praat toevallig net Kantonees.