Quantumrun

КРЭДЫТ ВЫЯВЫ: Quantumrun

Як квантавыя кампутары зменяць свет: будучыня кампутараў P7

Дэвід Таль, выдавец, футурыст
@DavidTalWrites
LinkedIn

Пн, 09 - 14:2020

Вакол агульнай камп'ютэрнай індустрыі лунае ажыятаж, ажыятаж вакол адной канкрэтнай тэхналогіі, якая можа змяніць усё: квантавых кампутараў. З'яўляючыся цёзкай нашай кампаніі, мы прызнаем сваю прадузятасць у стаўленні да гэтай тэхналогіі, і на працягу гэтай апошняй главы нашай серыі «Будучыня кампутараў» мы спадзяемся падзяліцца з вамі, чаму гэта так.

На базавым узроўні квантавы кампутар дае магчымасць маніпуляваць інфармацыяй прынцыпова іншым спосабам. Фактычна, як толькі гэтая тэхналогія стане сталай, гэтыя камп'ютэры не толькі будуць вырашаць матэматычныя задачы хутчэй, чым любыя камп'ютэры, якія існуюць у цяперашні час, але і любыя камп'ютэры, якія, па прагнозах, будуць існаваць на працягу наступных некалькіх дзесяцігоддзяў (пры ўмове, што закон Мура спраўджваецца). Па сутнасці, падобна да нашай дыскусіі вакол суперкампутары ў нашай апошняй главеБудучыя квантавыя камп'ютары дазволяць чалавецтву вырашаць усё больш маштабныя пытанні, якія могуць дапамагчы нам атрымаць глыбейшае разуменне навакольнага свету.

Што такое квантавыя кампутары?

У баку ад шуміхі, чым квантавыя кампутары адрозніваюцца ад стандартных? І як яны працуюць?

Для візуальных навучэнцаў мы рэкамендуем праглядзець гэта вясёлае кароткае відэа ад каманды YouTube Kurzgesagt на гэтую тэму:

Між тым, для нашых чытачоў мы зробім усё магчымае, каб растлумачыць квантавыя кампутары без патрэбы ў ступені фізікі.

Для пачатку трэба нагадаць, што асноўнай адзінкай апрацоўкі інфармацыі кампутарамі з'яўляецца біт. Гэтыя біты могуць мець адно з двух значэнняў: 1 або 0, уключана або выключана, так ці не. Калі вы аб'яднаеце дастатковую колькасць гэтых бітаў разам, вы зможаце прадставіць лічбы любога памеру і рабіць над імі разнастайныя вылічэнні адзін за адным. Чым большы або больш магутны камп'ютэрны чып, тым большыя лічбы вы можаце ствараць і прымяняць разлікі, і тым хутчэй вы можаце пераходзіць ад аднаго вылічэння да іншага.

Квантавыя кампутары адрозніваюцца двума важнымі спосабамі.

Па-першае, гэта перавага «суперпазіцыі». У той час як традыцыйныя кампутары працуюць з бітамі, квантавыя кампутары працуюць з кубітамі. Эфект суперпазіцыі, які забяспечваюць кубіты, заключаецца ў тым, што замест таго, каб быць абмежаваным адным з двух магчымых значэнняў (1 або 0), кубіт можа існаваць як сумесь абодвух. Гэтая асаблівасць дазваляе квантавым кампутарам працаваць больш эфектыўна (хутчэй), чым традыцыйным.

Па-другое, гэта перавага «заблытанасці». Гэта з'ява з'яўляецца унікальным паводзінамі квантавай фізікі, якое звязвае лёс колькасці розных часціц, так што тое, што адбываецца з адной, уплывае на іншыя. У прымяненні да квантавых камп'ютараў гэта азначае, што яны могуць маніпуляваць усімі сваімі кубітамі адначасова - іншымі словамі, замест таго, каб выконваць набор вылічэнняў адзін за адным, квантавы камп'ютар можа рабіць іх усе адначасова.

Гонка па стварэнні першага квантавага кампутара

Гэты загаловак у некаторай ступені памылковы. Вядучыя кампаніі, такія як Microsoft, IBM і Google, ужо стварылі першыя эксперыментальныя квантавыя кампутары, але гэтыя раннія прататыпы маюць менш за два дзясяткі кубітаў на чып. І хоць гэтыя першыя спробы з'яўляюцца выдатным першым крокам, тэхналагічным кампаніям і дзяржаўным даследчым аддзелам трэба будзе стварыць квантавы камп'ютар, які змяшчае як мінімум 49-50 кубітаў, каб ажыятаж адпавядаў тэарэтычнаму патэнцыялу ў рэальным свеце.

З гэтай мэтай існуе шэраг падыходаў, якія эксперыментуюць з дасягненнем гэтай вехі ў 50 кубітаў, але два стаяць вышэй за ўсіх.

У адным лагеры Google і IBM імкнуцца распрацаваць квантавы кампутар, прадстаўляючы кубіты ў выглядзе токаў, якія цякуць праз звышправодныя правады, якія астуджаюцца да -273.15 градусаў Цэльсія, або абсалютнага нуля. Наяўнасць або адсутнасць току азначае 1 або 0. Перавага гэтага падыходу ў тым, што гэтыя звышправодныя правады або схемы могуць быць пабудаваны з крэмнію, матэрыялу, з якім паўправадніковыя кампаніі маюць дзесяцігоддзі вопыту працы.

Другі падыход, на чале з Microsoft, уключае захопленыя іёны, якія ўтрымліваюцца ў вакуумнай камеры і маніпулююцца лазерамі. Вагальныя зарады функцыянуюць як кубіты, якія потым выкарыстоўваюцца для апрацоўкі аперацый квантавага кампутара.

Як мы будзем выкарыстоўваць квантавыя кампутары

Добра, адкінуўшы тэорыю ў бок, давайце засяродзімся на рэальным прымяненні гэтых квантавых кампутараў у свеце і на тым, як кампаніі і людзі ўзаемадзейнічаюць з гэтым.

Праблемы матэрыяльна-тэхнічнага забеспячэння і аптымізацыі. Адным з найбольш непасрэдных і выгадных варыянтаў выкарыстання квантавых кампутараў будзе аптымізацыя. Для праграм сумеснага выкарыстання паездак, такіх як Uber, які самы хуткі маршрут, каб забраць і высадзіць як мага больш кліентаў? Для такіх гігантаў электроннай камерцыі, як Amazon, які найбольш рэнтабельны спосаб дастаўкі мільярдаў пакетаў падчас святочнай ажыятажнай куплі падарункаў?

Гэтыя простыя пытанні прадугледжваюць апрацоўку лічбаў ад сотняў да тысяч зменных адначасова, з чым сучасныя суперкампутары проста не справяцца; таму замест гэтага яны вылічваюць невялікі працэнт гэтых зменных, каб дапамагчы гэтым кампаніям кіраваць сваімі матэрыяльна-тэхнічнымі патрэбамі менш чым аптымальным спосабам. Але з дапамогай квантавага камп'ютэра ён зможа разрэзаць гару зменных, не пацеючы.

Надвор'е і клімат мадэляванне. Як і ў сказаным вышэй, прычына таго, што канал надвор'я часам памыляецца, заключаецца ў тым, што іх суперкампутары могуць апрацаваць занадта шмат зменных навакольнага асяроддзя (гэта і часам дрэнны збор даных аб надвор'і). Але з дапамогай квантавага камп'ютэра навукоўцы-сіноптыкі могуць не толькі ідэальна прагназаваць кароткатэрміновыя ўмовы надвор'я, але і ствараць больш дакладныя доўгатэрміновыя ацэнкі клімату для прагназавання наступстваў змены клімату.

Персаналізаваная медыцына. Расшыфроўка вашай ДНК і вашага унікальнага мікрабіёма мае вырашальнае значэнне для будучых лекараў, каб выпісваць лекі, якія ідэальна падыходзяць для вашага цела. У той час як традыцыйныя суперкамп'ютэры дасягнулі поспехаў у эканамічна эфектыўным дэкадаванні ДНК, мікрабіём далёка за межамі іх дасяжнасці, але гэта не так для будучых квантавых кампутараў.

Квантавыя камп'ютары таксама дазволяць Big Pharma лепш прадказваць, як розныя малекулы рэагуюць з іх лекамі, што значна паскарае фармацэўтычную распрацоўку і зніжае кошты.

Даследаванне касмічнай прасторы. Касмічныя тэлескопы сёння (і заўтра) кожны дзень збіраюць велізарную колькасць астралагічных здымкаў, якія адсочваюць рух трыльёнаў галактык, зорак, планет і астэроідаў. На жаль, гэта занадта шмат дадзеных для сучасных суперкампутараў, каб рэгулярна рабіць значныя адкрыцці. Але са сталым квантавым камп'ютэрам у спалучэнні з машынным навучаннем усе гэтыя даныя нарэшце можна эфектыўна апрацоўваць, што адкрывае дзверы для адкрыцця сотняў і тысяч новых планет штодня да пачатку 2030-х гадоў.

Фундаментальныя навукі. Як і ў пунктах вышэй, неабходная вылічальная магутнасць гэтых квантавых камп'ютараў дазволіць навукоўцам і інжынерам распрацоўваць новыя хімічныя рэчывы і матэрыялы, а таксама больш эфектыўныя рухавікі і, вядома, больш крутыя калядныя цацкі.

навучанне з дапамогай машыны. Выкарыстоўваючы традыцыйныя камп'ютэры, алгарытмы машыннага навучання маюць патрэбу ў гіганцкай колькасці падрыхтаваных і пазначаных прыкладаў (вялікія дадзеныя), каб навучыцца новым навыкам. Дзякуючы квантавым вылічэнням праграмнае забеспячэнне для машыннага навучання можа пачаць вучыцца больш, як людзі, дзякуючы чаму яны могуць набываць новыя навыкі, выкарыстоўваючы менш даных, больш брудныя даныя, часта з невялікай колькасцю інструкцый.

Гэта дадатак таксама выклікае захапленне сярод даследчыкаў у галіне штучнага інтэлекту (ШІ), паколькі гэтая палепшаная натуральная здольнасць да навучання можа паскорыць прагрэс у даследаваннях ШІ на дзесяцігоддзі. Больш падрабязна пра гэта ў нашай серыі "Будучыня штучнага інтэлекту".

Шыфраванне. На жаль, гэта дадатак, якое нервуе большасць даследчыкаў і спецслужбаў. Усе сучасныя паслугі шыфравання залежаць ад стварэння пароляў, на ўзлом якіх сучаснаму суперкампутару спатрэбіліся б тысячы гадоў; квантавыя камп'ютары тэарэтычна могуць пракрасці гэтыя ключы шыфравання менш чым за гадзіну.

Функцыянаванне банкаўскай справы, сувязі, нацыянальнай бяспекі і самога Інтэрнэту залежыць ад надзейнага шыфравання. (О, і таксама забудзьцеся пра біткойн, улічваючы яго асноўную залежнасць ад шыфравання.) Калі гэтыя квантавыя кампутары будуць працаваць, як рэкламуецца, усе гэтыя галіны апынуцца пад пагрозай, у горшым выпадку паставяць пад пагрозу ўсю сусветную эканоміку, пакуль мы не створым квантавае шыфраванне, каб падтрымліваць тэмп.

Моўны пераклад у рэжыме рэальнага часу. Каб завяршыць гэтую главу і гэтую серыю на менш напружанай ноце, квантавыя камп'ютэры таксама забяспечаць амаль ідэальны моўны пераклад у рэжыме рэальнага часу паміж любымі дзвюма мовамі, альбо праз чат Skype, альбо праз выкарыстанне аўдыёпрылад, якія можна надзець, або імплантата ў вашым вуху .

Праз 20 гадоў мова больш не будзе перашкодай для дзелавых і штодзённых зносін. Напрыклад, чалавек, які размаўляе толькі па-ангельску, можа з большай упэўненасцю ўступаць у дзелавыя адносіны з партнёрамі ў замежных краінах, куды ангельскія брэнды ў адваротным выпадку не змаглі б пранікнуць, і падчас наведвання названых замежных краін гэты чалавек можа нават закахацца ў чалавека, які размаўляе толькі на кантонскай мове.