Quantumrun

MKOPO WA PICHA: Quantumrun

Jinsi Kompyuta za Quantum zitabadilisha ulimwengu: Mustakabali wa Kompyuta P7

David Tal, Mchapishaji, Futurist
@DavidTalWrites
LinkedIn

Jumatatu, 09/14/2020 - 05:14

Kuna hype nyingi zinazozunguka sekta ya jumla ya kompyuta, hype inayozingatia teknolojia moja maalum ambayo ina uwezo wa kubadilisha kila kitu: kompyuta za quantum. Kwa kuwa jina la kampuni yetu, tutakubali kuegemea upande wetu katika teknolojia hii, na katika kipindi cha sura hii ya mwisho ya mfululizo wetu wa Mustakabali wa Kompyuta, tunatumai kushiriki nawe kwa nini ni hivyo.

Katika kiwango cha msingi, kompyuta ya quantum inatoa fursa ya kudhibiti habari kwa njia tofauti kabisa. Kwa hakika, mara tu teknolojia hii inapopevuka, kompyuta hizi sio tu zitatatua matatizo ya hisabati kwa haraka zaidi kuliko kompyuta yoyote iliyopo kwa sasa, lakini pia kompyuta yoyote iliyotabiriwa kuwepo katika miongo michache ijayo (ikizingatiwa kuwa sheria ya Moore ina ukweli). Kwa kweli, sawa na mjadala wetu kote kompyuta kubwa katika sura yetu ya mwisho, kompyuta za siku zijazo za quantum zitawezesha ubinadamu kujibu maswali makubwa zaidi ambayo yanaweza kutusaidia kupata ufahamu wa kina zaidi wa ulimwengu unaotuzunguka.

Kompyuta za quantum ni nini?

Hype kando, ni jinsi gani kompyuta za quantum ni tofauti na kompyuta za kawaida? Na wanafanyaje kazi?

Kwa wanafunzi wanaoonekana, tunapendekeza kutazama video hii fupi ya kufurahisha kutoka kwa Kurzgesagt YouTube kuhusu mada hii:

Wakati huo huo, kwa wasomaji wetu, tutafanya tuwezavyo kuelezea kompyuta nyingi bila hitaji la digrii ya fizikia.

Kwa wanaoanza, tunahitaji kukumbuka kuwa kitengo cha msingi cha mchakato wa kompyuta wa habari ni kidogo. Biti hizi zinaweza kuwa na moja ya thamani mbili: 1 au 0, imewashwa au imezimwa, ndiyo au hapana. Ukichanganya biti hizi za kutosha pamoja, basi unaweza kuwakilisha nambari za saizi yoyote na kufanya hesabu za kila aina juu yao, baada ya nyingine. Kadiri chipu ya kompyuta ikiwa kubwa au yenye nguvu zaidi, ndivyo idadi kubwa unavyoweza kuunda na kutumia hesabu, na ndivyo unavyoweza kusonga kutoka kwa hesabu moja hadi nyingine kwa haraka.

Kompyuta za Quantum ni tofauti kwa njia mbili muhimu.

Kwanza, ni faida ya "superposition". Wakati kompyuta za jadi zinafanya kazi na bits, kompyuta za quantum hufanya kazi na qubits. Athari za juu zaidi huwezesha ni kwamba badala ya kulazimishwa kwa mojawapo ya thamani mbili zinazowezekana (1 au 0), qubit inaweza kuwepo kama mchanganyiko wa zote mbili. Kipengele hiki huruhusu kompyuta za quantum kufanya kazi kwa ufanisi zaidi (haraka) kuliko kompyuta za jadi.

Pili, ni faida ya "ugonjwa". Jambo hili ni tabia ya kipekee ya fizikia ya quantum ambayo hufunga hatima ya wingi wa chembe tofauti, ili kile kinachotokea kwa moja kuathiri wengine. Inapotumika kwa kompyuta za quantum, hii inamaanisha kuwa wanaweza kuendesha qubits zao zote kwa wakati mmoja-kwa maneno mengine, badala ya kufanya hesabu moja baada ya nyingine, kompyuta ya quantum inaweza kufanya yote kwa wakati mmoja.

Mashindano ya kuunda kompyuta ya kwanza ya quantum

Kichwa hiki ni cha kupotosha kwa kiasi fulani. Kampuni zinazoongoza kama Microsoft, IBM na Google tayari zimeunda kompyuta za kwanza za majaribio, lakini prototypes hizi za mapema zina chini ya dazeni mbili za quantum kwa kila chip. Na ingawa juhudi hizi za mapema ni hatua nzuri ya kwanza, kampuni za teknolojia na idara za utafiti za serikali zitahitaji kuunda kompyuta ya kiasi iliyo na angalau qubits 49 hadi 50 kwa hype kufikia uwezo wake wa ulimwengu halisi.

Ili kufikia mwisho huu, kuna idadi ya mbinu zinazojaribiwa ili kufikia hatua hii ya qubit 50, lakini mbili zinasimama juu ya wote wanaokuja.

Katika kambi moja, Google na IBM zinalenga kutengeneza kompyuta ya kiasi kwa kuwakilisha qubits kama mikondo inayopita kupitia waya zinazopitisha umeme ambazo zimepozwa hadi -273.15 digrii Selsiasi, au sufuri kabisa. Uwepo au kutokuwepo kwa sasa inasimama kwa 1 au 0. Faida ya njia hii ni kwamba waya hizi za superconducting au nyaya zinaweza kujengwa nje ya silicon, makampuni ya semiconductor ya nyenzo yana uzoefu wa miongo kadhaa ya kufanya kazi nayo.

Njia ya pili, inayoongozwa na Microsoft, inahusisha ioni zilizonaswa zilizowekwa kwenye chumba cha utupu na kuendeshwa na leza. Chaji za oscillating hufanya kazi kama qubits, ambazo hutumika kuchakata shughuli za kompyuta ya quantum.

Jinsi tutakavyotumia kompyuta za quantum

Sawa, tukiweka nadharia kando, wacha tuzingatie matumizi ya ulimwengu halisi ambayo kompyuta hizi za quantum zitakuwa nazo ulimwenguni na jinsi kampuni na watu wanavyoshirikiana nayo.

Matatizo ya vifaa na uboreshaji. Miongoni mwa matumizi ya haraka na yenye faida kwa kompyuta za quantum itakuwa optimization. Kwa programu za kushiriki magari, kama vile Uber, ni ipi njia ya haraka zaidi ya kuchukua na kuwashusha wateja wengi iwezekanavyo? Je, kwa makampuni makubwa ya biashara ya mtandaoni, kama Amazon, ni ipi njia ya gharama nafuu zaidi ya kuwasilisha mabilioni ya vifurushi wakati wa haraka wa kununua zawadi za likizo?

Maswali haya rahisi yanahusisha idadi ya mamia hadi maelfu ya vigezo kwa wakati mmoja, jambo ambalo kompyuta kuu za kisasa haziwezi kushughulikia; kwa hivyo badala yake, wanakokotoa asilimia ndogo ya vigeu hivyo ili kusaidia makampuni haya kusimamia mahitaji yao ya vifaa kwa njia isiyofaa zaidi. Lakini kwa kompyuta ya quantum, itapita kwenye mlima wa vigezo bila kuvunja jasho.

Hali ya hewa na hali ya hewa uundaji wa mfano. Sawa na hatua iliyo hapo juu, sababu kwa nini chaneli ya hali ya hewa wakati mwingine inakosea ni kwa sababu kuna anuwai nyingi za mazingira kwa kompyuta zao kuu kuchakata (hiyo na wakati mwingine ukusanyaji mbaya wa data ya hali ya hewa). Lakini kwa kompyuta ya quantum, wanasayansi wa hali ya hewa hawawezi tu kutabiri mifumo ya hali ya hewa ya karibu kwa ukamilifu, lakini pia wanaweza kuunda tathmini sahihi zaidi ya hali ya hewa ya muda mrefu ili kutabiri athari za mabadiliko ya hali ya hewa.

Dawa ya kibinafsi. Kusimbua DNA yako na microbiome yako ya kipekee ni muhimu kwa madaktari wa siku zijazo kuagiza dawa ambazo zimeundwa kikamilifu kwa mwili wako. Ingawa kompyuta kuu za kitamaduni zimepiga hatua katika kusimbua DNA kwa gharama nafuu, mikrobiome iko nje ya uwezo wao—lakini sivyo ilivyo kwa kompyuta za quantum za siku zijazo.

Kompyuta za Quantum pia zitaruhusu Big Pharma kutabiri vyema jinsi molekuli tofauti zinavyofanya na dawa zao, na hivyo kuharakisha maendeleo ya dawa na kupunguza bei.

Uchunguzi wa nafasi. Darubini za anga za juu za leo (na kesho) hukusanya kiasi kikubwa cha data ya taswira ya unajimu kila siku ambayo hufuatilia mienendo ya matrilioni ya galaksi, nyota, sayari na asteroidi. Cha kusikitisha ni kwamba, hii ni data nyingi mno kwa kompyuta kuu za kisasa kuchuja ili kufanya uvumbuzi wa maana mara kwa mara. Lakini kukiwa na kompyuta iliyokomaa ya quantum pamoja na kujifunza kwa mashine, data hii yote hatimaye inaweza kuchakatwa kwa ufanisi, ikifungua mlango wa ugunduzi wa mamia hadi maelfu ya sayari mpya kila siku ifikapo miaka ya mapema ya 2030.

Sayansi za kimsingi. Sawa na mambo yaliyo hapo juu, nguvu ghafi ya kompyuta zitakazowezesha kompyuta hizi za quantum itawawezesha wanasayansi na wahandisi kubuni kemikali na nyenzo mpya, pamoja na injini zinazofanya kazi vizuri na bila shaka, vinyago baridi vya Krismasi.

kujifunza Machine. Kwa kutumia kompyuta za kitamaduni, algoriti za kujifunza kwa mashine zinahitaji idadi kubwa ya mifano iliyoratibiwa na kuwekewa lebo (data kubwa) ili kujifunza ujuzi mpya. Kwa kutumia kompyuta ya kiasi, programu ya kujifunza kwa mashine inaweza kuanza kujifunza zaidi kama wanadamu, ambapo wanaweza kupata ujuzi mpya kwa kutumia data kidogo, data ya messier, mara nyingi kwa maelekezo machache.

Maombi haya pia ni mada ya msisimko kati ya watafiti katika uwanja wa akili bandia (AI), kwani uwezo huu wa asili wa kujifunza unaweza kuharakisha maendeleo katika utafiti wa AI kwa miongo kadhaa. Zaidi kuhusu hili katika mfululizo wetu wa Future of Artificial Intelligence.

Encryption. Cha kusikitisha ni kwamba, hii ni maombi ambayo ina watafiti wengi na mashirika ya kijasusi wasiwasi. Huduma zote za sasa za usimbaji fiche zinategemea kuunda nywila ambazo zingechukua kompyuta kuu ya kisasa maelfu ya miaka kupasuka; kompyuta za quantum zinaweza kinadharia kupitia vitufe hivi vya usimbaji fiche kwa chini ya saa moja.

Benki, mawasiliano, huduma za usalama wa kitaifa, mtandao yenyewe inategemea usimbuaji wa kuaminika kufanya kazi. (Oh, na usahau kuhusu bitcoin pia, kutokana na utegemezi wake wa msingi kwenye usimbuaji.) Ikiwa kompyuta hizi za quantum zitafanya kazi kama inavyotangazwa, tasnia hizi zote zitakuwa hatarini, na kuhatarisha zaidi uchumi wa dunia nzima hadi tutakapounda usimbaji fiche wa quantum kuweka. kasi.

Tafsiri ya lugha ya wakati halisi. Ili kuhitimisha sura hii na mfululizo huu kwa njia isiyo na mkazo, kompyuta za quantum pia zitawezesha utafsiri wa lugha karibu kabisa, wa wakati halisi kati ya lugha zozote mbili, ama kupitia mazungumzo ya Skype au kwa kutumia sauti inayoweza kuvaliwa au kupandikizwa sikioni mwako. .

Katika miaka 20, lugha haitakuwa tena kizuizi kwa biashara na mwingiliano wa kila siku. Kwa mfano, mtu anayezungumza Kiingereza pekee anaweza kuingia katika uhusiano wa kibiashara na washirika katika nchi za kigeni kwa ujasiri zaidi ambapo chapa za Kiingereza zingeshindwa kupenya, na wakati wa kutembelea nchi za kigeni, mtu huyu anaweza hata kumpenda mtu fulani ambaye. hutokea tu kuzungumza Kikantoni.