Quantumrun

IRUDIAREN KREDITUA: Quantumrun

Nola aldatuko duten ordenagailu kuantikoek mundua: ordenagailuen etorkizuna P7

David Tal, argitaletxea, futurista
@DavidTalWrites
LinkedIn

Lunes, 09/14/2020 - 05:14

Ordenagailuen industria orokorrean hype asko dago, dena aldatzeko ahalmena duen teknologia zehatz baten inguruan zentratua: ordenagailu kuantikoak. Gure konpainiaren izena izaki, teknologia honen inguruan dugun joera alboragarria dela onartuko dugu, eta gure Future of Computers serieko azken kapitulu honetan zehar, zurekin zergatik den hori partekatzea espero dugu.

Oinarrizko mailan, ordenagailu kuantiko batek informazioa funtsean beste modu batean manipulatzeko aukera eskaintzen du. Izan ere, teknologia hau heltzen denean, ordenagailu hauek gaur egun dauden edozein ordenagailuk baino azkarrago ebatziko dituzte arazo matematikoak ez ezik, hurrengo hamarkadetan aurreikusten den edozein ordenagailu ere (Mooreren legea egiazkoa dela suposatuz). Izan ere, inguruan dugun eztabaidaren antzera superordenagailuak gure azken kapituluan, etorkizuneko ordenagailu kuantikoei esker, gizateriak inguratzen gaituen munduaren ulermen sakonago bat lortzen lagun diezagukeen galdera gero eta zabalagoei aurre egiteko aukera emango die.

Zer dira ordenagailu kuantikoak?

Hype alde batera utzita, zertan dira desberdinak ordenagailu kuantikoak ordenagailu estandarrak baino? Eta nola funtzionatzen dute?

Ikusmenezko ikasleentzat, Kurzgesagt YouTube taldearen bideo labur eta dibertigarri hau ikustea gomendatzen dugu gai honi buruz:

Bitartean, gure irakurleentzat, gure onena egingo dugu ordenagailu kuantikoak azaltzeko fisikako titulurik behar izan gabe.

Hasteko, gogoratu behar dugu informazio-ordenagailuen prozesuaren oinarrizko unitatea pixka bat dela. Bit hauek bi balio hauetako bat izan dezakete: 1 edo 0, aktibatuta edo desaktibatuta, bai edo ez. Bit horietako nahikoa elkarrekin konbinatzen badituzu, orduan edozein tamainatako zenbakiak irudika ditzakezu eta kalkulu guztiak egin ditzakezu, bata bestearen atzetik. Zenbat eta handiagoa edo indartsuagoa izan ordenagailuaren txipa, orduan eta handiagoak izango dira kalkuluak sortu eta aplika ditzakezu zenbakiak, eta orduan eta azkarrago joan zaitezke kalkulu batetik bestera.

Ordenagailu kuantikoak bi modu garrantzitsutan desberdinak dira.

Lehenik eta behin, "gainjartzearen" abantaila da. Ordenagailu tradizionalek bitekin funtzionatzen duten bitartean, ordenagailu kuantikoek qubitekin funtzionatzen dute. Gainjartze-efektua qubitek gaitzen duten bi balio posibleetako batera (1 edo 0) batera mugatu beharrean, qubit bat bien nahasketa gisa egon daiteke. Ezaugarri honi esker, ordenagailu kuantikoek ohiko ordenagailuek baino eraginkorrago (bizkorrago) funtziona dezakete.

Bigarrena, "enmarratzearen" abantaila da. Fenomeno hau partikula ezberdinen kantitate baten patua lotzen duen fisika kuantikoko portaera berezia da, batari gertatzen zaionak besteei eragin diezaion. Ordenagailu kuantikoei aplikatzen zaienean, horrek esan nahi du beren qubit guztiak aldi berean manipula ditzaketela; bestela esanda, kalkulu multzo bat bata bestearen atzetik egin beharrean, ordenagailu kuantiko batek guztiak aldi berean egin ditzake.

Lehenengo ordenagailu kuantikoa eraikitzeko lasterketa

Izenburu hau okerrekoa da. Microsoft, IBM eta Google bezalako konpainia nagusiek lehen ordenagailu kuantiko esperimentalak sortu dituzte dagoeneko, baina lehen prototipo hauek txip bakoitzeko bi dozena qubit baino gutxiago dituzte. Eta hasierako ahalegin hauek lehen urrats bikaina badira ere, teknologia-enpresek eta gobernuko ikerketa-departamenduek gutxienez 49 eta 50 qubit-eko ordenagailu kuantiko bat eraiki beharko dute hype-ak bere mundu errealeko potentzial teorizatua bete dezan.

Horretarako, 50 qubit-eko mugarri hori lortzeko hainbat planteamendu esperimentatzen ari dira, baina bi daude guztien gainetik.

Kanpamentu batean, Googlek eta IBMk ordenagailu kuantiko bat garatzea dute helburu, qubitak –273.15 gradu Celsius-ra edo zero absoluturaino hozten diren hari supereroaleetatik igarotzen diren korronte gisa irudikatuz. Korrontearen presentzia edo eza 1 edo 0 adierazten du. Ikuspegi honen onura da hari edo zirkuitu supereroale hauek silizioz eraiki daitezkeela, material erdieroaleen konpainiek hamarkadetako esperientzia duten lanean.

Bigarren hurbilketa, Microsoft-ek zuzendutakoa, ioiak harrapatuta huts-ganbera batean mantendu eta laser bidez manipulatzen ditu. Karga oszilatzaileek qubit gisa funtzionatzen dute, gero ordenagailu kuantikoaren eragiketak prozesatzeko erabiltzen direnak.

Nola erabiliko ditugun ordenagailu kuantikoak

Ados, teoria alde batera utzita, zentratu gaitezen mundu errealean ordenagailu kuantiko hauek munduan izango dituzten aplikazioetan eta enpresek eta jendeak nola aritzen diren.

Logistika eta optimizazio arazoak. Ordenagailu kuantikoen erabilera berehalako eta errentagarrienen artean optimizazioa egongo da. Ibilbideak partekatzeko aplikazioetarako, Uber adibidez, zein da ahalik eta bezero gehien jaso eta uzteko biderik azkarrena? Merkataritza elektronikoko erraldoientzat, Amazon bezalakoentzat, zein da oporretako opariak erosteko presan milaka milioi pakete emateko modurik errentagarriena?

Galdera sinple hauek ehunka eta milaka aldagai aldi berean murrizten dituzte, superordenagailu modernoek kudeatu ezin duten balentria; beraz, aldagai horien portzentaje txiki bat kalkulatzen dute, enpresa horiei beren behar logistikoak modu ezin hobean kudeatzen laguntzeko. Baina ordenagailu kuantiko batekin, aldagai multzo bat zeharkatuko du izerdirik bota gabe.

Eguraldia eta klima modelatzea. Goiko puntuaren antzera, eguraldi-kanalak batzuetan gaizki egiten duen arrazoia da haien superordenagailuek prozesatzeko ingurumen-aldagai gehiegi daudelako (hori eta batzuetan eguraldiaren datu bilketa txarra). Baina ordenagailu kuantiko batekin, eguraldi-zientzialariek epe hurbileko eguraldi-ereduak ezin hobeto aurreikus ditzakete, baizik eta epe luzerako klima-ebaluazio zehatzagoak ere sor ditzakete klima-aldaketaren ondorioak aurreikusteko.

Medikuntza pertsonalizatua. Zure DNA eta zure mikrobioma berezia deskodetzea funtsezkoa da etorkizuneko medikuek zure gorputzera ezin hobeto egokitutako sendagaiak errezetatzeko. Superordenagailu tradizionalek DNA modu eraginkorrean deskodetzen aurrerapausoak eman dituzten arren, mikrobioma haien eskura dago, baina ez etorkizuneko ordenagailu kuantikoentzat.

Ordenagailu kuantikoei esker, Big Pharma-k ere hobeto aurreikusteko aukera izango du molekula ezberdinek beren botikekin nola erreakzionatzen duten, eta, horrela, garapen farmazeutikoa nabarmen bizkortuko du eta prezioak jaitsiz.

Espazioaren esplorazioa. Gaurko (eta biharko) espazio-teleskopioek irudi astrologikoen datu kopuru izugarriak biltzen dituzte egunero, eta bilioika galaxia, izar, planeten eta asteroideen mugimenduak jarraitzen dituzte. Zoritxarrez, datu gehiegi dira gaur egungo superordenagailuek aldian-aldian aurkikuntza esanguratsuak egiteko bahetzeko. Baina makina-ikaskuntzarekin konbinatuta dagoen ordenagailu kuantiko heldu batekin, azkenik, datu horiek guztiak modu eraginkorrean prozesatu daitezke, 2030eko hamarkadaren hasieran egunero ehunka edo milaka planeta berriren aurkikuntzari ateak irekiz.

Oinarrizko zientziak. Aurreko puntuen antzera, ordenagailu kuantiko hauek ahalbidetzen duten konputazio-ahalmen gordinak zientzialari eta ingeniariei produktu kimiko eta material berriak asmatzeko aukera emango die, baita funtzionamendu hobea duten motorrak eta, noski, Gabonetako jostailu freskoagoak ere.

Makina ikaskuntza. Ordenagailu tradizionalak erabiliz, ikaskuntza automatikoko algoritmoek adibide kudeatu eta etiketatuen kopuru erraldoia behar dute (datu handiak) trebetasun berriak ikasteko. Konputazio kuantikoarekin, makina-ikaskuntzako softwarea gizakiak bezala gehiago ikasten has daiteke, eta, ondorioz, trebetasun berriak jaso ditzakete datu gutxiago erabiliz, datu nahasiagoak, askotan argibide gutxirekin.

Aplikazio hau adimen artifizialaren (AI) alorreko ikertzaileen artean ere zirraragarria da, ikaskuntza-gaitasun natural hobetu horrek AIaren ikerketaren aurrerapena hamarkadaz bizkortu dezakeelako. Honi buruz gehiago adimen artifizialaren etorkizuna seriean.

Encryption. Zoritxarrez, hau da ikertzaile eta inteligentzia agentzia gehien urduri dituen aplikazioa. Egungo enkriptazio-zerbitzu guztiak superordenagailu moderno batek milaka urte beharko lituzke apurtzeko pasahitzak sortzearen mende daude; Ordenagailu kuantikoek teorikoki zifratze-gako hauek erauzi ditzakete ordubete baino gutxiagoan.

Banka, komunikazioa, segurtasun nazionalaren zerbitzuak, Internet bera enkriptazio fidagarriaren araberakoa da funtzionatzeko. (A, eta ahaztu bitcoin-a ere, enkriptazioarekiko duen menpekotasun nagusia kontuan hartuta.) Ordenagailu kuantiko hauek iragarritako moduan funtzionatzen badute, industria horiek guztiak arriskuan egongo dira, eta, okerrenean, munduko ekonomia osoa arriskuan jarriko dute, mantentzeko enkriptazio kuantikoa eraiki arte. erritmoa.

Hizkuntzen itzulpena denbora errealean. Kapitulu hau eta serie hau estres gutxiagorekin amaitzeko, ordenagailu kuantikoek bi hizkuntzen arteko denbora errealeko hizkuntza itzulpen ia perfektua ere ahalbidetuko dute, bai Skype txat baten bidez, bai belarrian eramangarri edo inplantatutako audio baten bidez. .

20 urte barru, hizkuntza ez da oztopo izango negozioetarako eta eguneroko interakzioetarako. Esate baterako, ingelesez bakarrik hitz egiten duen pertsona batek konfiantza handiagoz har ditzake negozio-harremanetan atzerriko herrialdeetako bazkideekin, non bestela ingelesezko markek ez lukete barneratuko, eta atzerriko herrialde horiek bisitatzean, pertsona hori pertsona jakin batekin maitemindu daiteke. kantonieraz hitz egitea bakarrik gertatzen da.