Quantumrun

KREDIT GAMBAR: Quantumrun

Bagaimana komputer Kuantum akan mengubah dunia: Masa Depan Komputer P7

David Tal, Penerbit, Futurist
@Davidtalwrites
LinkedIn

Isnin, 09/14/2020 - 05:14

Terdapat banyak gembar-gembur yang terapung di sekitar industri komputer umum, gembar-gembur tertumpu pada satu teknologi khusus yang berpotensi untuk mengubah segala-galanya: komputer kuantum. Sebagai nama syarikat kami, kami akan mengakui berat sebelah dalam kenaikan harga kami di sekitar teknologi ini, dan sepanjang bab terakhir siri Masa Depan Komputer kami, kami berharap untuk berkongsi dengan anda sebabnya begitu.

Pada peringkat asas, komputer kuantum menawarkan peluang untuk memanipulasi maklumat dengan cara yang berbeza secara asasnya. Malah, apabila teknologi ini matang, komputer ini bukan sahaja akan menyelesaikan masalah matematik dengan lebih pantas daripada mana-mana komputer yang wujud pada masa ini, tetapi juga mana-mana komputer yang diramalkan akan wujud dalam beberapa dekad akan datang (dengan mengandaikan undang-undang Moore berlaku). Sebenarnya, sama dengan perbincangan kita di sekeliling superkomputer dalam bab terakhir kami, komputer kuantum masa hadapan akan membolehkan manusia menangani soalan yang lebih besar yang boleh membantu kita memperoleh pemahaman yang lebih mendalam tentang dunia di sekeliling kita.

Apakah komputer kuantum?

Ketepikan gembar-gembur, bagaimanakah komputer kuantum berbeza daripada komputer standard? Dan bagaimana mereka berfungsi?

Untuk pelajar visual, kami mengesyorkan menonton video pendek yang menyeronokkan ini daripada pasukan YouTube Kurzgesagt tentang topik ini:

Sementara itu, untuk pembaca kami, kami akan melakukan yang terbaik untuk menerangkan komputer kuantum tanpa memerlukan ijazah fizik.

Sebagai permulaan, kita perlu ingat bahawa unit asas proses komputer maklumat adalah sedikit. Bit ini boleh mempunyai satu daripada dua nilai: 1 atau 0, hidup atau mati, ya atau tidak. Jika anda menggabungkan cukup bit ini bersama-sama, anda kemudian boleh mewakili nombor apa-apa saiz dan melakukan semua cara pengiraan pada mereka, selepas yang lain. Lebih besar atau lebih berkuasa cip komputer, lebih besar nombor yang anda boleh buat dan gunakan pengiraan, dan lebih pantas anda boleh beralih dari satu pengiraan ke pengiraan yang lain.

Komputer kuantum berbeza dalam dua cara penting.

Pertama, ialah kelebihan "superposisi." Walaupun komputer tradisional beroperasi dengan bit, komputer kuantum beroperasi dengan qubit. Kesan superposisi yang didayakan oleh qubit ialah bukannya dikekang kepada satu daripada dua nilai yang mungkin (1 atau 0), qubit boleh wujud sebagai campuran kedua-duanya. Ciri ini membolehkan komputer kuantum beroperasi dengan lebih cekap (lebih pantas) daripada komputer tradisional.

Kedua, adalah kelebihan "keterlibatan." Fenomena ini adalah tingkah laku fizik kuantum unik yang mengikat takdir kuantiti zarah yang berbeza, supaya apa yang berlaku kepada seseorang akan mempengaruhi yang lain. Apabila digunakan pada komputer kuantum, ini bermakna mereka boleh memanipulasi semua qubit mereka secara serentak—dengan kata lain, bukannya melakukan satu set pengiraan satu demi satu, komputer kuantum boleh melakukan semuanya pada masa yang sama.

Perlumbaan untuk membina komputer kuantum pertama

Tajuk ini agak tersilap. Syarikat terkemuka seperti Microsoft, IBM dan Google telah pun mencipta komputer kuantum eksperimen pertama, tetapi prototaip awal ini menampilkan kurang daripada dua dozen qubit setiap cip. Dan sementara usaha awal ini merupakan langkah pertama yang hebat, syarikat teknologi dan jabatan penyelidikan kerajaan perlu membina komputer kuantum yang menampilkan sekurang-kurangnya 49 hingga 50 qubit untuk gembar-gembur memenuhi potensi dunia sebenar berteorinya.

Untuk tujuan ini, terdapat beberapa pendekatan yang sedang diuji untuk mencapai pencapaian 50 qubit ini, tetapi dua berdiri di atas semua pendatang.

Dalam satu kem, Google dan IBM menyasarkan untuk membangunkan komputer kuantum dengan mewakili qubit sebagai arus yang mengalir melalui wayar superkonduktor yang disejukkan kepada –273.15 darjah Celsius, atau sifar mutlak. Kehadiran atau ketiadaan arus bermaksud 1 atau 0. Faedah pendekatan ini ialah wayar atau litar superkonduktor ini boleh dibina daripada silikon, sebuah syarikat semikonduktor bahan mempunyai pengalaman bekerja selama beberapa dekad.

Pendekatan kedua, yang diketuai oleh Microsoft, melibatkan ion terperangkap yang disimpan di tempat dalam ruang vakum dan dimanipulasi oleh laser. Caj berayun berfungsi sebagai qubit, yang kemudiannya digunakan untuk memproses operasi komputer kuantum.

Bagaimana kita akan menggunakan komputer kuantum

Okey, mengetepikan teori itu, mari fokus pada aplikasi dunia sebenar komputer kuantum ini akan ada di dunia dan cara syarikat dan orang ramai terlibat dengannya.

Masalah logistik dan pengoptimuman. Antara kegunaan yang paling segera dan menguntungkan untuk komputer kuantum ialah pengoptimuman. Untuk apl perkongsian perjalanan, seperti Uber, apakah laluan terpantas untuk mengambil dan menghantar seramai mungkin pelanggan? Bagi syarikat gergasi e-dagang, seperti Amazon, apakah cara yang paling menjimatkan kos untuk menghantar berbilion-bilion pakej semasa tergesa-gesa membeli hadiah percutian?

Soalan mudah ini melibatkan pemecahan nombor ratusan hingga ribuan pembolehubah sekaligus, satu kejayaan yang tidak dapat dikendalikan oleh superkomputer moden; jadi sebaliknya, mereka mengira peratusan kecil pembolehubah tersebut untuk membantu syarikat ini menguruskan keperluan logistik mereka dengan cara yang kurang optimum. Tetapi dengan komputer kuantum, ia akan menembusi gunung pembolehubah tanpa mengeluarkan peluh.

Cuaca dan iklim pemodelan. Sama seperti perkara di atas, sebab saluran cuaca kadangkala tersilap adalah kerana terdapat terlalu banyak pembolehubah persekitaran untuk diproses oleh superkomputer mereka (itu dan kadangkala pengumpulan data cuaca buruk). Tetapi dengan komputer kuantum, saintis cuaca bukan sahaja boleh meramalkan corak cuaca jangka dekat dengan sempurna, tetapi mereka juga boleh mencipta penilaian iklim jangka panjang yang lebih tepat untuk meramalkan kesan perubahan iklim.

Ubat yang diperibadikan. Menyahkod DNA anda dan mikrobiom unik anda adalah penting untuk doktor masa depan untuk menetapkan ubat yang disesuaikan dengan sempurna untuk badan anda. Walaupun superkomputer tradisional telah mengorak langkah dalam menyahkod DNA secara kos efektif, mikrobiom jauh di luar jangkauan mereka-tetapi tidak begitu untuk komputer kuantum masa hadapan.

Komputer kuantum juga akan membolehkan Big Pharma meramalkan dengan lebih baik cara molekul berbeza bertindak balas dengan ubat mereka, dengan itu mempercepatkan pembangunan farmaseutikal dan menurunkan harga dengan ketara.

Penerokaan ruang. Teleskop angkasa hari ini (dan esok) mengumpul sejumlah besar data imejan astrologi setiap hari yang menjejaki pergerakan trilion galaksi, bintang, planet dan asteroid. Malangnya, ini adalah terlalu banyak data untuk superkomputer hari ini untuk menapis untuk membuat penemuan bermakna secara tetap. Tetapi dengan komputer kuantum matang digabungkan dengan pembelajaran mesin, semua data ini akhirnya boleh diproses dengan cekap, membuka pintu kepada penemuan ratusan hingga ribuan planet baharu setiap hari menjelang awal 2030-an.

Sains asas. Sama seperti perkara di atas, kuasa pengkomputeran mentah yang didayakan oleh komputer kuantum ini akan membolehkan saintis dan jurutera mencipta bahan kimia dan bahan baharu, serta enjin berfungsi lebih baik dan sudah tentu, mainan Krismas yang lebih sejuk.

pembelajaran mesin. Menggunakan komputer tradisional, algoritma pembelajaran mesin memerlukan sejumlah besar contoh susun atur dan berlabel (data besar) untuk mempelajari kemahiran baharu. Dengan pengkomputeran kuantum, perisian pembelajaran mesin boleh mula belajar lebih banyak seperti manusia, di mana mereka boleh mengambil kemahiran baharu menggunakan kurang data, data yang tidak kemas, selalunya dengan sedikit arahan.

Aplikasi ini juga menjadi topik keterujaan dalam kalangan penyelidik dalam bidang kecerdasan buatan (AI), kerana kapasiti pembelajaran semula jadi yang dipertingkat ini boleh mempercepatkan kemajuan dalam penyelidikan AI selama beberapa dekad. Lebih lanjut mengenai ini dalam siri Masa Depan Kepintaran Buatan kami.

Penyulitan. Malangnya, ini adalah aplikasi yang menyebabkan kebanyakan penyelidik dan agensi perisikan gementar. Semua perkhidmatan penyulitan semasa bergantung pada mencipta kata laluan yang memerlukan komputer super moden beribu-ribu tahun untuk retak; komputer kuantum secara teorinya boleh merobek kunci penyulitan ini dalam masa kurang dari satu jam.

Perbankan, komunikasi, perkhidmatan keselamatan negara, internet itu sendiri bergantung pada penyulitan yang boleh dipercayai untuk berfungsi. (Oh, dan lupakan tentang bitcoin juga, memandangkan pergantungan terasnya pada penyulitan.) Jika komputer kuantum ini berfungsi seperti yang diiklankan, semua industri ini akan berisiko, paling teruk membahayakan seluruh ekonomi dunia sehingga kami membina penyulitan kuantum untuk mengekalkan laju.

Terjemahan bahasa masa nyata. Untuk menamatkan bab ini dan siri ini dengan sedikit tekanan, komputer kuantum juga akan mendayakan terjemahan bahasa masa nyata yang hampir sempurna antara mana-mana dua bahasa, sama ada melalui sembang Skype atau melalui penggunaan audio boleh pakai atau implan di telinga anda .

Dalam 20 tahun, bahasa tidak lagi menjadi penghalang kepada perniagaan dan interaksi seharian. Sebagai contoh, seseorang yang hanya bertutur dalam bahasa Inggeris boleh dengan lebih yakin menjalin hubungan perniagaan dengan rakan kongsi di negara asing di mana jenama Inggeris mungkin gagal menembusi, dan apabila melawat negara asing tersebut, orang ini mungkin jatuh cinta dengan seseorang yang hanya bercakap dalam bahasa Kantonis.