Quantumrun

CREDIT DE IMAGINE: Quantumrun

Cum vor schimba computerele cuantice lumea: Viitorul computerelor P7

David Tal, editor, futurist
@DavidTalWrites
LinkedIn

Luni, 09/14/2020 - 05:14

Există o mulțime de hype care plutește în jurul industriei computerelor generale, hype centrat pe o tehnologie specifică care are potențialul de a schimba totul: computerele cuantice. Fiind omonim companiei noastre, vom recunoaște că există o părtinire în privința acestei tehnologii și, pe parcursul acestui ultim capitol al seriei noastre „Viitorul computerelor”, sperăm să vă împărtășim exact de ce se întâmplă acest lucru.

La un nivel de bază, un computer cuantic oferă o oportunitate de a manipula informațiile într-un mod fundamental diferit. De fapt, odată ce această tehnologie se va maturiza, aceste computere nu numai că vor rezolva problemele matematice mai repede decât orice computer existent în prezent, ci și orice computer despre care se prevede că va exista în următoarele câteva decenii (presupunând că legea lui Moore este adevărată). De fapt, similar cu discuția noastră din jur supercalculatoare în ultimul nostru capitol, viitoarele computere cuantice vor permite omenirii să abordeze întrebări tot mai mari care ne pot ajuta să obținem o înțelegere profund mai profundă a lumii din jurul nostru.

Ce sunt calculatoarele cuantice?

Lăsând la o parte, cum sunt computerele cuantice diferite de computerele standard? Și cum funcționează?

Pentru cei care învață vizual, vă recomandăm să vizionați acest scurt videoclip distractiv de la echipa YouTube Kurzgesagt despre acest subiect:

Între timp, pentru cititorii noștri, vom face tot posibilul să explicăm computerele cuantice fără a fi nevoie de o diplomă de fizică.

Pentru început, trebuie să reamintim că unitatea de bază a procesului informatic al computerelor este puțin. Acești biți pot avea una dintre cele două valori: 1 sau 0, activat sau oprit, da sau nu. Dacă combinați suficienți dintre acești biți împreună, puteți reprezenta numere de orice dimensiune și puteți face tot felul de calcule pe ele, una după alta. Cu cât este mai mare sau mai puternic cipul computerului, cu atât mai mari sunt numerele pe care le poți crea și aplica calcule și cu atât poți trece mai repede de la un calcul la altul.

Calculatoarele cuantice sunt diferite în două moduri importante.

În primul rând, este avantajul „suprapoziției”. În timp ce computerele tradiționale funcționează cu biți, computerele cuantice funcționează cu qubiți. Efectul de suprapunere pe care îl permit qubitii este că, în loc să fie constrâns la una dintre cele două valori posibile (1 sau 0), un qubit poate exista ca un amestec al ambelor. Această caracteristică permite computerelor cuantice să funcționeze mai eficient (mai rapid) decât calculatoarele tradiționale.

În al doilea rând, este avantajul „încurcăturii”. Acest fenomen este un comportament unic al fizicii cuantice care leagă destinul unei cantități de particule diferite, astfel încât ceea ce se întâmplă cu una le va afecta pe celelalte. Când sunt aplicate computerelor cuantice, aceasta înseamnă că își pot manipula toți qubiții simultan - cu alte cuvinte, în loc să facă un set de calcule unul după altul, un computer cuantic le-ar putea face pe toți în același timp.

Cursa pentru a construi primul computer cuantic

Acest titlu este oarecum o denumire greșită. Companii de vârf precum Microsoft, IBM și Google au creat deja primele computere cuantice experimentale, dar aceste prototipuri timpurii au mai puțin de două duzini de qubiți per cip. Și în timp ce aceste eforturi timpurii sunt un prim pas grozav, companiile de tehnologie și departamentele de cercetare guvernamentale vor trebui să construiască un computer cuantic cu cel puțin 49 până la 50 de qubiți pentru ca hype-ul să-și atingă potențialul teoretic din lumea reală.

În acest scop, există o serie de abordări care sunt experimentate pentru a atinge această etapă de 50 de qubiți, dar două sunt mai presus de toți veniți.

Într-o tabără, Google și IBM își propun să dezvolte un computer cuantic reprezentând qubiții ca curenți care curg prin fire supraconductoare care sunt răcite la –273.15 grade Celsius, sau zero absolut. Prezența sau absența curentului reprezintă 1 sau 0. Avantajul acestei abordări este că aceste fire sau circuite supraconductoare pot fi construite din siliciu, un material cu care companiile de semiconductori au zeci de ani de experiență în lucru.

A doua abordare, condusă de Microsoft, implică ioni prinși ținuți în loc într-o cameră cu vid și manipulați de lasere. Sarcinile oscilante funcționează ca qubiți, care sunt apoi utilizați pentru a procesa operațiunile computerului cuantic.

Cum vom folosi computerele cuantice

Bine, lăsând teoria deoparte, să ne concentrăm asupra aplicațiilor din lumea reală pe care aceste computere cuantice le vor avea asupra lumii și asupra modului în care companiile și oamenii se implică în ea.

Probleme logistice și de optimizare. Printre cele mai imediate și mai profitabile utilizări pentru calculatoarele cuantice va fi optimizarea. Pentru aplicațiile de partajare a călătoriei, cum ar fi Uber, care este cea mai rapidă rută pentru a prelua și preda cât mai mulți clienți? Pentru giganții comerțului electronic, cum ar fi Amazon, care este cel mai rentabil mod de a livra miliarde de pachete în timpul goanei de cumpărare a cadourilor de sărbători?

Aceste întrebări simple implică scăderea numărului de sute până la mii de variabile simultan, o performanță pe care supercalculatoarele moderne pur și simplu nu o pot gestiona; așa că, în schimb, calculează un procent mic din acele variabile pentru a ajuta aceste companii să își gestioneze nevoile logistice într-un mod mai puțin decât optim. Dar cu un computer cuantic, acesta va tăia un munte de variabile fără a transpira.

Vreme si clima modelare. Similar punctului de mai sus, motivul pentru care canalul meteorologic uneori greșește este faptul că există prea multe variabile de mediu pentru ca supercalculatoarele lor să le proceseze (aceasta și uneori o colectare proastă a datelor despre vreme). Dar, cu un computer cuantic, oamenii de știință meteorologic nu numai că pot prognoza perfect modelele meteorologice pe termen scurt, dar pot, de asemenea, să creeze evaluări climatice mai precise pe termen lung pentru a prezice efectele schimbărilor climatice.

Medicină personalizată. Decodificarea ADN-ului și a microbiomului tău unic este crucială pentru ca viitorii medici să prescrie medicamente care sunt perfect adaptate corpului tău. În timp ce supercalculatoarele tradiționale au făcut pași în decodificarea ADN-ului în mod eficient din punct de vedere al costurilor, microbiomul este mult dincolo de accesul lor, dar nu este așa pentru viitoarele computere cuantice.

Calculatoarele cuantice vor permite, de asemenea, Big Pharma să prezică mai bine cum reacționează diferite molecule cu medicamentele lor, accelerând astfel în mod semnificativ dezvoltarea farmaceutică și scăzând prețurile.

Explorarea spațiului. Telescoapele spațiale de astăzi (și de mâine) colectează zilnic cantități enorme de date de imagini astrologice care urmăresc mișcările a trilioane de galaxii, stele, planete și asteroizi. Din păcate, acestea sunt mult prea multe date pentru ca supercalculatoarele de azi să le cerceteze pentru a face descoperiri semnificative în mod regulat. Dar, cu un computer cuantic matur combinat cu învățarea automată, toate aceste date pot fi în sfârșit procesate eficient, deschizând ușa descoperirii a sute până la mii de noi planete zilnic până la începutul anilor 2030.

Științe fundamentale. Similar cu punctele de mai sus, puterea brută de calcul pe care o oferă aceste computere cuantice le va permite oamenilor de știință și inginerilor să conceapă noi substanțe chimice și materiale, precum și motoare mai funcționale și, desigur, jucării mai cool de Crăciun.

Invatare mecanica. Folosind computere tradiționale, algoritmii de învățare automată au nevoie de o cantitate uriașă de exemple organizate și etichetate (date mari) pentru a învăța noi abilități. Cu calculul cuantic, software-ul de învățare automată poate începe să învețe mai mult ca oamenii, prin care pot dobândi abilități noi folosind mai puține date, date mai dezordonate, adesea cu puține instrucțiuni.

Această aplicație este, de asemenea, un subiect de entuziasm în rândul cercetătorilor din domeniul inteligenței artificiale (AI), deoarece această capacitate îmbunătățită de învățare naturală ar putea accelera progresul în cercetarea AI cu decenii. Mai multe despre asta în seria noastră „Viitorul inteligenței artificiale”.

Criptare. Din păcate, aceasta este aplicația care îi îngrijorează pe cei mai mulți cercetători și agenții de informații. Toate serviciile de criptare actuale depind de crearea de parole care ar dura mii de ani să spargă un supercomputer modern; computerele cuantice ar putea, teoretic, să rupă aceste chei de criptare în mai puțin de o oră.

Servicii bancare, de comunicații, de securitate națională, internetul în sine depinde de o criptare fiabilă pentru a funcționa. (Ah, și uită de bitcoin, având în vedere dependența sa de bază de criptare.) Dacă aceste computere cuantice funcționează așa cum este anunțat, toate aceste industrii vor fi în pericol, în cel mai rău caz punând în pericol întreaga economie mondială până când vom construi criptarea cuantică pentru a păstra ritm.

Traducerea limbii în timp real. Pentru a încheia acest capitol și această serie într-o notă mai puțin stresantă, computerele cuantice vor permite, de asemenea, traducerea aproape perfectă, în timp real, între oricare două limbi, fie printr-un chat Skype, fie prin utilizarea unui dispozitiv audio purtat sau implantat în ureche. .

În 20 de ani, limba nu va mai fi o barieră în calea afacerilor și a interacțiunilor de zi cu zi. De exemplu, o persoană care vorbește doar engleză poate intra cu mai multă încredere în relații de afaceri cu parteneri din țări străine în care mărcile engleze nu ar fi putut pătrunde altfel, iar când vizitează acele țări străine, această persoană se poate îndrăgosti chiar de o anumită persoană care se întâmplă să vorbească doar cantoneză.