クォンタムラン

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量子コンピュータが世界を変える：コンピュータの未来 P7

David Tal、出版社、未来派
@DavidTalWrites
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月、09 / 14 / 2020 - 05：14

一般的なコンピューター業界では、多くの誇大広告が飛び交っています。誇大広告は、すべてを変える可能性のある XNUMX つの特定のテクノロジ、つまり量子コンピューターを中心にしています。私たちの会社の名前の由来となっていることから、この技術に対する強気の見方には偏りがあることを認めます。コンピューターの未来シリーズのこの最終章では、その理由をお伝えしたいと思います。

基本的なレベルでは、量子コンピューターは、根本的に異なる方法で情報を操作する機会を提供します。実際、この技術が成熟すると、これらのコンピューターは、現在存在するどのコンピューターよりも速く数学の問題を解決するだけでなく、今後数十年にわたって存在すると予測されるどのコンピューターよりも速くなります (ムーアの法則が正しいと仮定すると)。事実上、私たちの議論に似ています最後の章のスーパーコンピューター、将来の量子コンピューターにより、人類はこれまで以上に大きな問題に取り組むことができるようになり、周囲の世界をより深く理解するのに役立ちます.

量子コンピューターとは何ですか？

誇大広告はさておき、量子コンピューターは標準のコンピューターとどう違うのでしょうか? そして、それらはどのように機能しますか？

視覚学習者には、このトピックに関する Kurzgesagt YouTube チームの楽しい短いビデオを見ることをお勧めします。

一方、読者のために、物理学の学位を必要とせずに量子コンピューターを説明するために最善を尽くします。

まず最初に、コンピュータが処理する情報の基本単位はわずかであることを思い出してください。これらのビットは、1 または 0、オンまたはオフ、はいまたはいいえの XNUMX つの値のいずれかを持つことができます。これらのビットを十分に組み合わせると、任意のサイズの数値を表し、それらに対してあらゆる方法の計算を次々に実行できます。コンピューターチップが大きく強力なほど、計算を作成して適用できる数値が大きくなり、ある計算から別の計算にすばやく移行できます。

量子コンピューターは、XNUMX つの重要な点で異なります。

まず、「重ね合わせ」のメリットです。従来のコンピューターはビットで動作しますが、量子コンピューターはキュービットで動作します。量子ビットが有効にする重ね合わせ効果は、1 つの可能な値 (0 または XNUMX) のいずれかに制約されるのではなく、量子ビットが両方の混合物として存在できることです。この機能により、量子コンピューターは従来のコンピューターよりも効率的に (高速に) 動作することができます。

XNUMXつ目は、「もつれ」のメリットです。この現象は、ある量の異なる粒子の運命を結び付ける独特の量子物理学的挙動であるため、XNUMX つに起こることが他の粒子に影響を与えます。量子コンピューターに適用すると、これはすべての量子ビットを同時に操作できることを意味します。つまり、一連の計算を次々に実行する代わりに、量子コンピューターはそれらすべてを同時に実行できます。

最初の量子コンピューターを構築するための競争

この見出しは、やや誤称です。 Microsoft、IBM、Google などの大手企業は、最初の実験的な量子コンピューターをすでに作成していますが、これらの初期のプロトタイプは、49 チップあたり 50 未満の量子ビットしか備えていません。これらの初期の取り組みは素晴らしい第一歩ですが、ハイテク企業や政府の研究部門は、理論上の現実世界の可能性を満たすために、誇大広告のために少なくとも XNUMX ～ XNUMX キュービットを備えた量子コンピューターを構築する必要があります。

この目標を達成するために、この 50 キュービットのマイルストーンを達成するために実験されている多くのアプローチがありますが、XNUMX つのアプローチが最も重要です。

ある陣営では、Google と IBM は、摂氏 -273.15 度または絶対零度に冷却された超伝導ワイヤを流れる電流としてキュービットを表現することにより、量子コンピューターの開発を目指しています。電流の有無は 1 または 0 を表します。このアプローチの利点は、これらの超伝導ワイヤまたは回路をシリコンから構築できることです。これは、半導体企業が何十年にもわたって取り組んできた材料です。

マイクロソフトが主導する XNUMX 番目のアプローチは、トラップされたイオンを真空チャンバー内に保持し、レーザーで操作します。振動する電荷は量子ビットとして機能し、量子コンピューターの操作を処理するために使用されます。

量子コンピューターをどのように使用するか

さて、理論はさておき、これらの量子コンピューターが世界にもたらす現実世界のアプリケーションと、企業や人々がそれとどのように関わっているかに焦点を当てましょう.

ロジスティクスおよび最適化の問題。量子コンピューターの最も直接的で収益性の高い用途には、最適化があります。 Uber などのライドシェアリングアプリの場合、できるだけ多くの顧客を乗せて降ろすための最速のルートは何ですか? Amazon のような e コマースの巨人にとって、ホリデーギフトの購入が殺到する中、何十億もの荷物を配送する最も費用対効果の高い方法は何ですか?

これらの単純な質問には、数百から数千の変数を一度に計算することが含まれます。これは、最新のスーパーコンピューターでは処理できない偉業です。その代わりに、これらの変数のごく一部を計算して、これらの企業がロジスティクスのニーズを最適とは言えない方法で管理できるようにしています。しかし、量子コンピューターを使えば、汗をかくことなく変数の山を切り裂くことができます。

天気と気候 モデリング。上記の点と同様に、気象チャンネルが時折間違ってしまう理由は、スーパーコンピューターが処理するには環境変数が多すぎるためです (それと、気象データの収集が不十分な場合もあります)。しかし、量子コンピューターを使用すると、気象科学者は短期的な気象パターンを完全に予測できるだけでなく、より正確な長期気候評価を作成して、気候変動の影響を予測することもできます。

個別化医療. あなたの DNA とあなた固有のマイクロバイオームを解読することは、将来の医師があなたの体に完全に合わせた薬を処方するために不可欠です。従来のスーパーコンピューターは費用対効果の高い方法で DNA の解読を進めてきましたが、マイクロバイオームはその範囲をはるかに超えていますが、将来の量子コンピューターはそうではありません。

また、量子コンピューターにより、大手製薬会社はさまざまな分子が自社の医薬品とどのように反応するかをより正確に予測できるようになり、それによって医薬品開発が大幅にスピードアップし、価格が低下します。

宇宙探査. 今日 (そして明日) の宇宙望遠鏡は、何兆もの銀河、星、惑星、小惑星の動きを追跡する膨大な量の天体画像データを毎日収集します。残念なことに、これは今日のスーパーコンピューターが定期的に意味のある発見をするためにふるいにかけるにはあまりにも多くのデータです. しかし、成熟した量子コンピューターと機械学習を組み合わせることで、最終的にこのすべてのデータを効率的に処理できるようになり、2030 年代初頭までに毎日数百から数千の新しい惑星が発見される可能性が開けます。

基礎科学. 上記のポイントと同様に、これらの量子コンピューターが可能にする生のコンピューティングパワーにより、科学者やエンジニアは、新しい化学物質や材料、さらにはより優れた機能のエンジン、そしてもちろんよりクールなクリスマスグッズを考案できるようになります。

機械学習. 従来のコンピューターを使用する機械学習アルゴリズムでは、新しいスキルを学習するために、精選され、ラベル付けされた膨大な量の例 (ビッグデータ) が必要です。量子コンピューティングにより、機械学習ソフトウェアは人間のように学習できるようになり、より少ないデータ、より乱雑なデータ、多くの場合、ほとんど命令を使わずに新しいスキルを習得できるようになります。

このアプリケーションは、人工知能 (AI) 分野の研究者の間でも注目されています。この改善された自然学習能力は、AI 研究の進歩を数十年加速させる可能性があるからです。これについては、人工知能の未来シリーズで詳しく説明します。

Encryption. 悲しいことに、これはほとんどの研究者や諜報機関が神経質になっているアプリケーションです。現在のすべての暗号化サービスは、最新のスーパーコンピューターがクラックするのに何千年もかかるパスワードの作成に依存しています。理論的には、量子コンピューターはこれらの暗号鍵を XNUMX 時間以内に解読できます。

銀行、通信、国家安全保障サービス、インターネット自体が機能するためには、信頼できる暗号化が必要です。（ああ、ビットコインも忘れてください。暗号化に大きく依存しているためです。）これらの量子コンピューターが宣伝どおりに機能する場合、これらの業界はすべて危険にさらされ、最悪の場合、量子暗号を構築して維持するまで、世界経済全体が危険にさらされます。ペース。

リアルタイムの言語翻訳. この章とこのシリーズをよりストレスの少ないメモで締めくくるために、量子コンピューターは、Skype チャットを介して、またはオーディオウェアラブルまたは耳に埋め込まれたインプラントを使用して、任意の XNUMX つの言語間でほぼ完全なリアルタイムの言語翻訳も可能にします。 .

20 年後には、言語はビジネスや日常のやり取りの障壁ではなくなります。たとえば、英語しか話せない人は、英語ブランドが浸透できなかった海外のパートナーと自信を持ってビジネス関係を結ぶことができます。たまたま広東語を話すだけです。