Cwantwmrun

CREDYD DELWEDD: Cwantwmrun

Sut y bydd cyfrifiaduron Quantum yn newid y byd: Dyfodol Cyfrifiaduron P7

David Tal, Cyhoeddwr, Dyfodolwr
@DavidTalWrites
LinkedIn

Llun, 09/14/2020 - 05:14

Mae yna lawer o hype yn arnofio o amgylch y diwydiant cyfrifiaduron cyffredinol, hype yn canolbwyntio ar un dechnoleg benodol sydd â'r potensial i newid popeth: cyfrifiaduron cwantwm. Gan mai ein cwmni o'r un enw, byddwn yn cyfaddef ein bod yn rhagfarnllyd o amgylch y dechnoleg hon, a thros gyfnod y bennod olaf hon o'n cyfres Future of Computers, rydym yn gobeithio rhannu'r rheswm am hynny gyda chi.

Ar lefel sylfaenol, mae cyfrifiadur cwantwm yn cynnig cyfle i drin gwybodaeth mewn ffordd sylfaenol wahanol. Mewn gwirionedd, unwaith y bydd y dechnoleg hon yn aeddfedu, bydd y cyfrifiaduron hyn nid yn unig yn datrys problemau mathemategol yn gyflymach nag unrhyw gyfrifiadur sy'n bodoli ar hyn o bryd, ond hefyd unrhyw gyfrifiadur y rhagwelir y bydd yn bodoli dros yr ychydig ddegawdau nesaf (gan gymryd bod cyfraith Moore yn wir). Mewn gwirionedd, yn debyg i'n trafodaeth o gwmpas uwchgyfrifiaduron yn ein pennod olaf, bydd cyfrifiaduron cwantwm yn y dyfodol yn galluogi dynoliaeth i fynd i'r afael â chwestiynau mwy fyth a all ein helpu i gael dealltwriaeth ddyfnach iawn o'r byd o'n cwmpas.

Beth yw cyfrifiaduron cwantwm?

O'r neilltu, sut mae cyfrifiaduron cwantwm yn wahanol i gyfrifiaduron safonol? A sut maen nhw'n gweithio?

Ar gyfer dysgwyr gweledol, rydym yn argymell gwylio'r fideo byr, hwyliog hwn gan dîm YouTube Kurzgesagt am y pwnc hwn:

Yn y cyfamser, ar gyfer ein darllenwyr, byddwn yn gwneud ein gorau i esbonio cyfrifiaduron cwantwm heb fod angen gradd ffiseg.

I ddechrau, mae angen inni gofio mai ychydig yw'r uned sylfaenol o broses cyfrifiaduron gwybodaeth. Gall y didau hyn gael un o ddau werth: 1 neu 0, ymlaen neu i ffwrdd, ie neu na. Os cyfunwch ddigon o'r darnau hyn gyda'i gilydd, gallwch wedyn gynrychioli rhifau o unrhyw faint a gwneud pob math o gyfrifiadau arnynt, ar ôl y llall. Po fwyaf neu fwyaf pwerus yw'r sglodyn cyfrifiadur, y mwyaf yw'r niferoedd y gallwch chi eu creu a chymhwyso cyfrifiadau, a'r cyflymaf y gallwch chi symud o un cyfrifiad i'r llall.

Mae cyfrifiaduron cwantwm yn wahanol mewn dwy ffordd bwysig.

Yn gyntaf, yw mantais “arosodiad.” Tra bod cyfrifiaduron traddodiadol yn gweithredu gyda darnau, mae cyfrifiaduron cwantwm yn gweithredu gyda qubits. Yr effaith arosod y mae qubits yn ei alluogi yw y gall cwbit fodoli fel cymysgedd o'r ddau yn lle cael ei gyfyngu i un o ddau werth posibl (1 neu 0). Mae'r nodwedd hon yn caniatáu i gyfrifiaduron cwantwm weithredu'n fwy effeithlon (yn gyflymach) na chyfrifiaduron traddodiadol.

Yn ail, yw mantais “ymalu.” Mae'r ffenomen hon yn ymddygiad ffiseg cwantwm unigryw sy'n clymu tynged nifer o wahanol ronynnau, fel y bydd yr hyn sy'n digwydd i un yn effeithio ar y lleill. O'u cymhwyso i gyfrifiaduron cwantwm, mae hyn yn golygu y gallant drin eu holl qubits ar yr un pryd - mewn geiriau eraill, yn lle gwneud set o gyfrifiadau un ar ôl y llall, gallai cyfrifiadur cwantwm eu gwneud i gyd ar yr un pryd.

Y ras i adeiladu'r cyfrifiadur cwantwm cyntaf

Camenw braidd yw y penawd hwn. Mae cwmnïau blaenllaw fel Microsoft, IBM a Google eisoes wedi creu'r cyfrifiaduron cwantwm arbrofol cyntaf, ond mae'r prototeipiau cynnar hyn yn cynnwys llai na dau ddwsin o qubits fesul sglodyn. Ac er bod yr ymdrechion cynnar hyn yn gam cyntaf gwych, bydd angen i gwmnïau technoleg ac adrannau ymchwil y llywodraeth adeiladu cyfrifiadur cwantwm sy'n cynnwys o leiaf 49 i 50 qubits er mwyn i'r hype gyrraedd ei botensial byd go iawn damcaniaethol.

I'r perwyl hwn, mae nifer o ddulliau yn cael eu harbrofi i gyflawni'r garreg filltir 50 qubit hon, ond mae dau yn sefyll uwchlaw pawb sy'n dod.

Mewn un gwersyll, nod Google ac IBM yw datblygu cyfrifiadur cwantwm trwy gynrychioli qubits fel ceryntau sy'n llifo trwy wifrau uwchddargludo sy'n cael eu hoeri i -273.15 gradd Celsius, neu sero absoliwt. Mae presenoldeb neu absenoldeb cerrynt yn sefyll am 1 neu 0. Mantais y dull hwn yw y gellir adeiladu'r gwifrau neu gylchedau uwch-ddargludol hyn allan o silicon, mae gan gwmnïau lled-ddargludyddion materol ddegawdau o brofiad o weithio gyda nhw.

Mae'r ail ddull, a arweinir gan Microsoft, yn cynnwys ïonau wedi'u dal yn cael eu dal yn eu lle mewn siambr wactod a'u trin gan laserau. Mae'r gwefrau oscillaidd yn gweithredu fel qubits, a ddefnyddir wedyn i brosesu gweithrediadau'r cyfrifiadur cwantwm.

Sut byddwn yn defnyddio cyfrifiaduron cwantwm

Iawn, gan roi'r ddamcaniaeth o'r neilltu, gadewch i ni ganolbwyntio ar y cymwysiadau byd go iawn a fydd gan y cyfrifiaduron cwantwm hyn ar y byd a sut mae cwmnïau a phobl yn ymgysylltu ag ef.

Problemau logistaidd ac optimeiddio. Ymhlith y defnyddiau mwyaf uniongyrchol a phroffidiol ar gyfer cyfrifiaduron cwantwm fydd optimeiddio. Ar gyfer apiau rhannu reidiau, fel Uber, beth yw'r llwybr cyflymaf i godi a gollwng cymaint o gwsmeriaid â phosib? Ar gyfer cewri e-fasnach, fel Amazon, beth yw'r ffordd fwyaf cost-effeithiol o ddosbarthu biliynau o becynnau yn ystod y rhuthr prynu anrhegion gwyliau?

Mae'r cwestiynau syml hyn yn ymwneud â niferoedd yn crensian cannoedd i filoedd o newidynnau ar unwaith, camp na all uwchgyfrifiaduron modern ei thrin; felly yn lle hynny, maent yn cyfrifo canran fach o'r newidynnau hynny i helpu'r cwmnïau hyn i reoli eu hanghenion logistaidd mewn ffordd lai na optimaidd. Ond gyda chyfrifiadur cwantwm, bydd yn torri trwy fynydd o newidynnau heb dorri chwys.

Tywydd a hinsawdd modelu. Yn debyg i’r pwynt uchod, y rheswm pam mae’r sianel dywydd weithiau’n gwneud pethau’n anghywir yw oherwydd bod gormod o newidynnau amgylcheddol i’w huwchgyfrifiaduron eu prosesu (hynny ac weithiau casglu data tywydd gwael). Ond gyda chyfrifiadur cwantwm, gall gwyddonwyr tywydd nid yn unig ragweld patrymau tywydd tymor agos yn berffaith, ond gallant hefyd greu asesiadau hinsawdd hirdymor mwy cywir i ragfynegi effeithiau newid yn yr hinsawdd.

Meddygaeth wedi'i bersonoli. Mae dadgodio'ch DNA a'ch microbiome unigryw yn hanfodol i feddygon y dyfodol ragnodi cyffuriau sydd wedi'u teilwra'n berffaith i'ch corff. Er bod uwchgyfrifiaduron traddodiadol wedi cymryd camau breision i ddadgodio DNA yn gost-effeithiol, mae'r microbiome ymhell y tu hwnt i'w cyrraedd - ond nid felly ar gyfer cyfrifiaduron cwantwm yn y dyfodol.

Bydd cyfrifiaduron Quantum hefyd yn caniatáu i Big Pharma ragweld yn well sut mae gwahanol foleciwlau yn ymateb i'w cyffuriau, a thrwy hynny gyflymu datblygiad fferyllol yn sylweddol a gostwng prisiau.

Archwilio'r gofod. Mae telesgopau gofod heddiw (ac yfory) yn casglu symiau enfawr o ddata delweddaeth astrolegol bob dydd sy'n olrhain symudiadau triliynau o alaethau, sêr, planedau ac asteroidau. Yn anffodus, mae hyn yn ormod o lawer o ddata i uwchgyfrifiaduron heddiw eu hidlo i wneud darganfyddiadau ystyrlon yn rheolaidd. Ond gyda chyfrifiadur cwantwm aeddfed wedi'i gyfuno â dysgu peiriannau, gellir prosesu'r holl ddata hwn yn effeithlon o'r diwedd, gan agor y drws i ddarganfod cannoedd i filoedd o blanedau newydd bob dydd erbyn dechrau'r 2030au.

Gwyddorau sylfaenol. Yn debyg i'r pwyntiau uchod, bydd y pŵer cyfrifiadurol crai y mae'r cyfrifiaduron cwantwm hyn yn ei alluogi yn caniatáu i wyddonwyr a pheirianwyr ddyfeisio cemegau a deunyddiau newydd, yn ogystal â pheiriannau sy'n gweithredu'n well ac wrth gwrs, teganau Nadolig oerach.

Dysgu peiriant. Gan ddefnyddio cyfrifiaduron traddodiadol, mae angen llawer iawn o enghreifftiau wedi'u curadu a'u labelu (data mawr) ar algorithmau dysgu peiriant i ddysgu sgiliau newydd. Gyda chyfrifiadura cwantwm, gall meddalwedd peiriant-ddysgu ddechrau dysgu mwy fel bodau dynol, lle gallant ddysgu sgiliau newydd gan ddefnyddio llai o ddata, data mwy anniben, yn aml heb lawer o gyfarwyddiadau.

Mae'r cais hwn hefyd yn destun cyffro ymhlith ymchwilwyr ym maes deallusrwydd artiffisial (AI), oherwydd gallai'r gallu dysgu naturiol gwell hwn gyflymu cynnydd mewn ymchwil AI ers degawdau. Mwy am hyn yn ein cyfres Future of Artificial Intelligence.

Encryption. Yn anffodus, dyma'r cymhwysiad sydd â'r mwyafrif o ymchwilwyr ac asiantaethau cudd-wybodaeth yn nerfus. Mae'r holl wasanaethau amgryptio cyfredol yn dibynnu ar greu cyfrineiriau a fyddai'n cymryd miloedd o flynyddoedd i uwchgyfrifiadur modern eu cracio; yn ddamcaniaethol gallai cyfrifiaduron cwantwm rwygo drwy'r allweddi amgryptio hyn mewn llai nag awr.

Bancio, cyfathrebu, gwasanaethau diogelwch cenedlaethol, y rhyngrwyd ei hun yn dibynnu ar amgryptio dibynadwy i weithredu. (O, ac anghofio am y bitcoin hefyd, o ystyried ei ddibyniaeth graidd ar amgryptio.) Os yw'r cyfrifiaduron cwantwm hyn yn gweithio fel yr hysbysebwyd, bydd pob un o'r diwydiannau hyn mewn perygl, ar y gwaethaf yn peryglu economi'r byd cyfan nes i ni adeiladu amgryptio cwantwm i gadw cyflymder.

Cyfieithu iaith amser real. I gloi’r bennod hon a’r gyfres hon ar nodyn llai dirdynnol, bydd cyfrifiaduron cwantwm hefyd yn galluogi cyfieithu iaith bron yn berffaith, amser real rhwng unrhyw ddwy iaith, naill ai dros sgwrs Skype neu drwy ddefnyddio sain gwisgadwy neu fewnblaniad yn eich clust .

Mewn 20 mlynedd, ni fydd iaith bellach yn rhwystr i fusnes a rhyngweithiadau bob dydd. Er enghraifft, gall person sy'n siarad Saesneg yn unig fynd i mewn i berthnasoedd busnes yn fwy hyderus â phartneriaid mewn gwledydd tramor lle byddai brandiau Saesneg fel arall wedi methu â threiddio, ac wrth ymweld â gwledydd tramor dywededig, gall y person hwn hyd yn oed syrthio mewn cariad â rhywun penodol dim ond yn digwydd i siarad Cantoneg.