Quantumrun

PILDIKrediit: Quantumrun

Kuidas kvantarvutid maailma muudavad: arvutite tulevik P7

David Tal, kirjastaja, futurist
@DavidTalWrites
LinkedIn

Minu, 09 / 14 / 2020 - 05: 14

Üldise arvutitööstuse ümber hõljub palju kõmu, mis keskendub ühele konkreetsele tehnoloogiale, mis võib kõike muuta: kvantarvutid. Kuna oleme meie ettevõtte nimekaim, tunnistame oma kalduvust selle tehnoloogia suhtes ning meie sarja Future of Computers viimase peatüki jooksul loodame teiega jagada, miks see nii on.

Kvantarvuti pakub algtasemel võimalust informatsiooniga põhimõtteliselt teistmoodi manipuleerida. Tegelikult, kui see tehnoloogia küpseks saab, ei lahenda need arvutid mitte ainult matemaatilisi probleeme kiiremini kui ükski praegu olemasolev arvuti, vaid ka kõik arvutid, mille olemasolu ennustatakse järgmise paari aastakümne jooksul (eeldusel, et Moore'i seadus peab paika). Tegelikult sarnane meie aruteluga superarvutid meie viimases peatükis, võimaldavad tulevased kvantarvutid inimkonnal tegeleda üha suuremate küsimustega, mis aitavad meil ümbritsevast maailmast sügavamalt aru saada.

Mis on kvantarvutid?

Hüpe kõrvale, mille poolest erinevad kvantarvutid tavaarvutitest? Ja kuidas need töötavad?

Visuaalsete õppijate jaoks soovitame vaadata Kurzgesagti YouTube'i meeskonna selle teema kohta seda lõbusat lühikest videot:

Vahepeal anname oma lugejatele endast parima, et selgitada kvantarvuteid ilma füüsikakraadita.

Alustuseks peame meeles pidama, et teabearvutite protsessi põhiüksus on natuke. Nendel bittidel võib olla üks kahest väärtusest: 1 või 0, sees või väljas, jah või ei. Kui kombineerite neid bitte piisavalt, saate esitada mis tahes suurusega numbreid ja teha nende põhjal üksteise järel igasuguseid arvutusi. Mida suurem või võimsam on arvutikiip, seda suuremaid numbreid saate luua ja arvutusi rakendada ning seda kiiremini saate ühest arvutusest teise liikuda.

Kvantarvutid erinevad kahel olulisel viisil.

Esiteks on see "superpositsiooni" eelis. Kui traditsioonilised arvutid töötavad bittidega, siis kvantarvutid töötavad kubitidega. Superpositsiooniefekti kubitid võimaldavad, selle asemel, et olla piiratud ühega kahest võimalikust väärtusest (1 või 0), võib kubit eksisteerida mõlema seguna. See funktsioon võimaldab kvantarvutitel töötada tõhusamalt (kiiremini) kui traditsioonilised arvutid.

Teiseks on "põimumise" eelis. See nähtus on ainulaadne kvantfüüsika käitumine, mis seob erinevate osakeste saatuse, nii et see, mis juhtub ühega, mõjutab ka teisi. Kvantarvutitele rakendatuna tähendab see, et nad saavad manipuleerida kõigi oma kubitidega üheaegselt – teisisõnu, selle asemel, et arvutuste komplekti üksteise järel teha, saaks kvantarvuti teha neid kõiki korraga.

Võistlus esimese kvantarvuti ehitamiseks

See pealkiri on mõnevõrra vale nimetus. Juhtivad ettevõtted nagu Microsoft, IBM ja Google on juba loonud esimesed eksperimentaalsed kvantarvutid, kuid need varased prototüübid sisaldavad vähem kui kaks tosinat kubitti kiibi kohta. Ja kuigi need varased jõupingutused on suurepärane esimene samm, peavad tehnoloogiaettevõtted ja valitsuse uurimisosakonnad ehitama kvantarvuti, millel on vähemalt 49–50 kubitist, et hüpe saaks täita oma teoreetilise reaalse potentsiaali.

Sel eesmärgil katsetatakse selle 50 kubitise verstaposti saavutamiseks mitmeid lähenemisviise, kuid kaks on üle kõige.

Ühes laagris on Google'i ja IBMi eesmärk välja töötada kvantarvuti, esitades kubitid vooludena, mis voolavad läbi ülijuhtivate juhtmete, mis jahutatakse –273.15 kraadini Celsiuse järgi ehk absoluutse nullini. Voolu olemasolu või puudumine tähistab 1 või 0. Selle lähenemisviisi eeliseks on see, et neid ülijuhtivaid juhtmeid või ahelaid saab ehitada ränist, mille materjalist pooljuhtidel on aastakümnete pikkune töökogemus.

Teine lähenemisviis, mida juhib Microsoft, hõlmab vaakumkambris kinni jäänud ioone, mida laserid manipuleerivad. Võnkuvad laengud toimivad kubitidena, mida seejärel kasutatakse kvantarvuti toimingute töötlemiseks.

Kuidas me kvantarvuteid kasutame

Olgu, jättes teooria kõrvale, keskendume reaalmaailma rakendustele, mida need kvantarvutid maailmas pakuvad ning kuidas ettevõtted ja inimesed sellega suhtlevad.

Logistilised ja optimeerimisprobleemid. Kvantarvutite kõige vahetumate ja kasumlikumate kasutusviiside hulgas on optimeerimine. Mis on sõidujagamisrakenduste (nt Uber) jaoks kiireim tee võimalikult paljude klientide pealevõtmiseks ja ära viimiseks? Mis on e-kaubanduse hiiglaste jaoks, nagu Amazon, kõige kuluefektiivsem viis miljardite pakkide kohaletoimetamiseks pühadekingituste ostmise ajal?

Need lihtsad küsimused hõlmavad korraga sadade kuni tuhandete muutujate arvude kokkusurumist, millega tänapäeva superarvutid lihtsalt hakkama ei saa; Selle asemel arvutavad nad välja väikese protsendi nendest muutujatest, et aidata neil ettevõtetel hallata oma logistilisi vajadusi vähem kui optimaalsel viisil. Kuid kvantarvutiga lõikab see muutujate mäest läbi ilma higistamata.

Ilm ja kliima modelleerimine. Sarnaselt ülaltoodud punktile on põhjus, miks ilmakanal mõnikord valesti läheb, see, et nende superarvutitel on liiga palju keskkonnamuutujaid (see ja mõnikord halb ilmaandmete kogumine). Kuid kvantarvutiga ei saa ilmateadlased mitte ainult suurepäraselt ennustada lähiaja ilmastikumustreid, vaid nad saavad luua ka täpsemaid pikaajalisi kliimahinnanguid, et ennustada kliimamuutuste mõju.

Isikupärastatud meditsiin. Teie DNA ja teie unikaalse mikrobioomi dekodeerimine on tulevaste arstide jaoks ülioluline, et välja kirjutada ravimid, mis on teie kehale ideaalselt kohandatud. Kuigi traditsioonilised superarvutid on teinud edusamme DNA kulusäästlikul dekodeerimisel, on mikrobioom nende haardeulatusest kaugel, kuid mitte tulevaste kvantarvutite jaoks.

Kvantarvutid võimaldavad ka Big Pharmal paremini ennustada, kuidas erinevad molekulid nende ravimitega reageerivad, kiirendades seeläbi oluliselt ravimiarendust ja alandades hindu.

Kosmoseuuringud. Tänased (ja homsed) kosmoseteleskoobid koguvad iga päev tohutul hulgal astroloogilisi kujutisi, mis jälgivad triljonite galaktikate, tähtede, planeetide ja asteroidide liikumist. Kahjuks on see liiga palju andmeid, et tänapäeva superarvutid saaksid korrapäraselt sisukate avastuste tegemiseks läbi sõeluda. Kuid küpses kvantarvutis koos masinõppega saab kõiki neid andmeid lõpuks tõhusalt töödelda, mis avab ukse sadade kuni tuhandete uute planeetide avastamisele iga päev 2030. aastate alguseks.

Fundamentaalteadused. Sarnaselt ülaltoodud punktidele võimaldab nende kvantarvutite toores arvutusvõimsus teadlastel ja inseneridel välja töötada uusi kemikaale ja materjale, samuti paremini toimivaid mootoreid ja muidugi lahedamaid jõulumänguasju.

Masinõpe. Traditsioonilisi arvuteid kasutades vajavad masinõppe algoritmid uute oskuste õppimiseks tohutul hulgal kureeritud ja märgistatud näiteid (suurandmed). Kvantarvutite abil saab masinõppetarkvara hakata rohkem õppima nagu inimesed, mille käigus saavad nad omandada uusi oskusi, kasutades vähem andmeid, segasemaid andmeid, sageli väheste juhistega.

See rakendus on põnev teema ka tehisintellekti (AI) valdkonna teadlaste seas, kuna see paranenud loomulik õppimisvõime võib kiirendada tehisintellekti uurimise arengut aastakümnete võrra. Lisateavet selle kohta meie tehisintellekti tuleviku sarjas.

Krüpteerimine. Kahjuks ajab see rakendus enamikku teadlasi ja luureagentuure närvi. Kõik praegused krüpteerimisteenused sõltuvad paroolide loomisest, mille lahtimurdmiseks kuluks kaasaegsel superarvutil tuhandeid aastaid; kvantarvutid võiksid need krüpteerimisvõtmed teoreetiliselt läbi rippida vähem kui tunniga.

Pangandus, side, riiklikud turvateenused ja Internet ise sõltuvad töökindlast krüptimisest. (Ah, ja unustage ka bitcoin, arvestades selle põhisõltuvust krüpteerimisest.) Kui need kvantarvutid töötavad nii, nagu reklaamitakse, on kõik need tööstusharud ohus, halvimal juhul ohustades kogu maailma majandust, kuni loome kvantkrüptimise, et säilitada. tempos.

Reaalajas keele tõlge. Selle peatüki ja seeria pingevabamaks lõpetamiseks võimaldavad kvantarvutid ka peaaegu täiuslikku reaalajas keeletõlget mis tahes kahe keele vahel, kas Skype'i vestluse või kõrvas kantava heliseadme või implantaadi abil. .

20 aasta pärast ei ole keel enam ärilisel ja igapäevasel suhtlemisel takistuseks. Näiteks võib ainult inglise keelt rääkiv inimene julgemalt astuda ärisuhetesse partneritega välisriikides, kuhu inglise kaubamärgid muidu poleks tunginud ning nimetatud välisriike külastades võib see inimene isegi armuda kellessegi, kes räägib ainult kantoni keelt.