Οι υπολογιστές πρόκειται να γίνουν παράξενοι.
Περιεχόμενα
- Κάνοντας το μυστήριο προσιτό
- Μια κβαντική κοινότητα
- Προετοιμασία για αύριο
Μετά από δεκαετίες ως θεωρία, οι πρώτοι κβαντικοί υπολογιστές βρίσκονται τώρα σε επιλεγμένα εργαστήρια σε όλο τον κόσμο. Είναι στοιχειώδεις και αναμφισβήτητα λιγότερο πρακτικοί από τους πρώτους ηλεκτρονικούς υπολογιστές όπως ο ENIAC 50 τόνων. Ωστόσο, οι ερευνητές σημειώνουν πρόοδο. Η IBM, η Google και η Intel σημειώνουν πρόοδο σε κβαντικό υλικό και ένας πρακτικός κβαντικός υπολογιστής φαίνεται τελικά σαν μια πραγματικότητα του κοντινού μέλλοντος αντί για θέμα επιστημονικής φαντασίας.
Αυτό είναι μια ευκαιρία. Είναι επίσης ένα πρόβλημα. Η κβαντική φυσική είναι μια περίεργη σφαίρα τηλεμεταφοράς και πιθανοτήτων που δεν ακολουθεί τους κανόνες που γνωρίζουμε. Οι περισσότεροι άνθρωποι δεν καταλαβαίνουν την κβαντική μηχανική, και αυτό περιλαμβάνει προγραμματιστές, τους ανθρώπους που θα χρειαστεί να βάλουν τους κβαντικούς υπολογιστές σε πρακτική χρήση.
Σχετίζεται με
- Τα ανταλλακτικά επισκευής επιφάνειας είναι πλέον διαθέσιμα μέσω του Microsoft Store
- Το Microsoft Teams αποκτά νέα εργαλεία AI — και είναι δωρεάν
- Η Microsoft πειράζει την αναθεώρηση του σχεδιασμού της μεγάλης εφαρμογής των Windows 11
Η Microsoft έχει ένα σχέδιο να τους εκπαιδεύσει.
Κάνοντας το μυστήριο προσιτό
Κάθε προγραμματιστής που θέλει να μάθει μια νέα γλώσσα προγραμματισμού, όπως η C# ή η Javascript, θέλει να χρησιμοποιήσει άμεσα τα μαθήματά του. Ωστόσο, η βρεφική ηλικία του κβαντικού υπολογισμού μπορεί να το καταστήσει δύσκολο. Η δημιουργία ενός προγράμματος για πολλές κβαντικές συσκευές μοιάζει πολύ με την προσπάθεια γραφής σε δυαδικό κώδικα μηχανής – εκτός από ακόμα πιο δύσκολη, επειδή η κβαντική μηχανική. Αυτό δεν είναι απλώς ένα πεδίο που είναι καλά κατανοητό, αλλά δύσκολο να μεταφραστεί. Είναι ένας τομέας μελέτης όπου ορισμένα βασικά στοιχεία παραμένουν άγνωστα.
Αυτό περιλαμβάνει τον λόγο Γιατί οι κβαντικοί υπολογιστές λειτουργούν. «Αυτό που έχουμε στον κβαντικό υπολογισμό είναι τα σημεία απόδειξης ότι οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να ξεπεράσουν τους κλασσικούς υπολογιστές». είπε η Krysta Svore, Principle Research Manager στην ομάδα Quantum Architectures and Computation της Microsoft. «Το Άγιο Δισκοπότηρο στον τομέα μας θα ήταν μια πραγματική μαθηματική απόδειξη αυτού».
Ο κβαντικός υπολογιστής είναι τόσο νέος και τόσο διαφορετικός από οτιδήποτε άλλο πριν, που ακόμη και κορυφαίοι ερευνητές παραμένουν στο σκοτάδι σχετικά με σημαντικά και θεμελιώδη στοιχεία.
Quantum Computing 101
Η διδασκαλία των προγραμματιστών να κωδικοποιούν για κβαντικά σε πραγματικό υλικό είναι εκτός συζήτησης προς το παρόν. Η κβαντική γλώσσα προγραμματισμού της Microsoft, Q#, παρακάμπτει αυτό το πρόβλημα προσφέροντας απλή πρόσβαση στα εργαλεία που απαιτούνται για την έναρξη του προγραμματισμού. Αυτό σημαίνει να κάνουμε το Q# όσο το δυνατόν πιο οικείο και προσιτό, ακόμη και όταν οι επιστήμονες συνεχίζουν να κάνουν ανακαλύψεις στα θεμελιώδη στοιχεία του τρόπου λειτουργίας των κβαντικών υπολογιστών.
Το Q# δεν είναι κρυμμένο πίσω από έναν τοίχο με τρομερή τεκμηρίωση και κακώς εξηγημένους εγκαταστάτες. Οι προγραμματιστές μπορούν να έχουν πρόσβαση σε αυτό μέσω του Visual Studio, το πιο δημοφιλές περιβάλλον ανάπτυξης στον κόσμο. Και οι προγραμματιστές δεν χρειάζονται πρόσβαση σε κβαντικό υπολογιστή για να τον χρησιμοποιήσουν.
Αντίθετα, μπορούν να προγραμματίσουν σαν ο κώδικάς τους να τρέχει σε μια πραγματική κβαντική συσκευή, αλλά στη συνέχεια να τον εκτελούν σε μια εικονική προσομοίωση. Αυτό είναι δυνατό επειδή ο κβαντικός υπολογιστής δεν αντιμετωπίζεται ως το δικό του πλήρες, ανεξάρτητο σύστημα, αλλά αντ 'αυτού ως επιταχυντής που καλείται από έναν κλασικό υπολογιστή που τρέχει κλασικό υπολογιστή κώδικας.
«Οραματιζόμαστε ότι ο κβαντικός υπολογιστής είναι ένας άλλος πόρος στο Azure, μετά από να πούμε τη GPU, το FPGA, το ASIC. Το Azure γίνεται όλο αυτό το ύφασμα που περιλαμβάνει στον υπολογισμό του, έναν κβαντικό υπολογιστή», είπε ο Svore στο Digital Trends.
Οι περισσότεροι προγραμματιστές είναι εξοικειωμένοι με τη χρήση ειδικού υλικού για συγκεκριμένες εργασίες και οι περισσότεροι είναι εξοικειωμένοι με την κλήση πόρων στο cloud. Η ενεργοποίηση του Q# δεν διαφέρει από αυτές τις γνωστές εργασίες. Το κβαντικό υλικό μπορεί να είναι εξωτικό και σπάνιο, αλλά το περιβάλλον προγραμματισμού που προσφέρει η Microsoft για το Q# είναι ακριβώς αυτό που θα βλέπατε σήμερα αν κοιτούσατε πάνω από τον ώμο ενός προγραμματιστή το πολύ Fortune 500 εταιρείες. Αυτό το κάνει πολύ λιγότερο εκφοβιστικό.
"Το απόλυτο όραμα είναι ότι ο χρήστης δεν λέει "Εντάξει, τώρα πρέπει να πάρω αυτήν την εφαρμογή και να την εκτελέσω σε αυτό το μέρος της CPU, αυτό εδώ, αυτό το μέρος εκεί", είπε ο Svore. «Είναι το ίδιο με τους κβαντικούς υπολογιστές. Θέλουμε το γκάζι να είναι απρόσκοπτο».
Μια κβαντική κοινότητα
Οι προγραμματιστές μπορούν να συστηθούν στο Q# μέσω ενός συνόλου δωρεάν εκπαιδευτικών προγραμμάτων που η Microsoft ονομάζει Quantum Katas. Κάθε μάθημα περιλαμβάνει «μια σειρά εργασιών σε ένα συγκεκριμένο θέμα κβαντικών υπολογιστών» που καλούνται να λύσουν οι προγραμματιστές. Η εύρεση της σωστής λύσης είναι ο στόχος, αλλά το ταξίδι είναι εξίσου σημαντικό. Τα kata δεν προορίζονται να λυθούν με ένα μόνο πέρασμα. Διδάσκουν μέσω δοκιμής και λάθους, εισάγοντας τους προγραμματιστές στα βασικά του κβαντικού προγραμματισμού στην πορεία.
Το Q# και το Quantum Kata φέρνουν ένα μετασχηματιστικό επίπεδο ανατροφοδότησης στον κβαντικό προγραμματισμό
Ο Chris Granade, Μηχανικός Ανάπτυξης Ερευνητικού Λογισμικού στη Microsoft, τα είδε μόνος του, παρακολουθώντας ένα σεμινάριο που φιλοξενούσε το Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας του Σίδνεϊ. «Ήταν πραγματικά εκπληκτικό να βλέπεις ότι οι άνθρωποι μπορούσαν να περάσουν από τη μηδενική γνώση στην κβαντική, στη συγγραφή της», είπε στο Digital Trends. «Αυτό που ήταν μεταμορφωτικό, ήταν ότι όταν οι άνθρωποι είχαν μια παρεξήγηση, δεν υπέφεραν από αυτήν. Μπορούσαν να τρέξουν τα kata, μπορούσαν να δουν ότι έλαβαν τη λάθος απάντηση και αυτή η ανατροφοδότηση έκανε πραγματικά τους ανθρώπους να καταλάβουν με πρακτικό τρόπο».
Αυτή η πρακτική εμπειρία μετατρέπει αμέσως τον κβαντικό υπολογισμό από μια θεωρητική ιδέα σε μια πρακτική πραγματικότητα, κάτι που κάνει τη διαφορά στον τρόπο με τον οποίο τον προσεγγίζουν οι άνθρωποι. Οι προγραμματιστές μπορεί να μην κατασκευάζουν φυσικά αντικείμενα, αλλά έχουν συνηθίσει να βλέπουν σχόλια όπως κάθε άλλος τεχνίτης. Δημιουργούν ένα πράγμα και λειτουργεί - ή όχι. Το Q# και το Quantum Kata φέρνουν αυτό το επίπεδο ανάδρασης στον κβαντικό προγραμματισμό, δίνοντας σε οποιονδήποτε ενδιαφέρεται την ευκαιρία να εμβαθύνει και να κατανοήσει τι καθιστά δυνατό ο κβαντικός υπολογισμός.
Κβαντική Υπολογιστική
Η αλλαγή που είδε ο Granade αυτοπροσώπως δεν συμβαίνει μόνο στις τάξεις. Το Quantum Development Kit, μέρος του οποίου είναι το Q#, μπορεί να ληφθεί από οποιονδήποτε με άδεια ανοιχτού κώδικα. Οι ενδιαφερόμενοι προγραμματιστές μπορούν όχι μόνο να αρχίσουν να το χρησιμοποιούν, αλλά να συνεισφέρουν ενεργά στην κοινότητα. Ο Svore είπε στο Digital Trends ότι οι λήψεις QDK ανέρχονται σε «ανώτερες δεκάδες χιλιάδες» και οι συμμετέχοντες έχουν ήδη προσθέσει "μια χούφτα ουσιαστικών συνεισφορών", συμπεριλαμβανομένων νέων αλγορίθμων και τεκμηρίωση.
Ενώ εξακολουθεί να είναι μια θέση, αυτό το Quantum Development Kit τοποθετεί τον πήχη εισόδου αρκετά χαμηλά από έναν αρχάριο Ο προγραμματιστής μπορεί να αρχίσει να πειραματίζεται με το Q# και, κάνοντας αυτό, να αρχίσει να κατανοεί τι κάνει τον κβαντικό υπολογισμό τσιμπούρι. Αυτό είναι χρήσιμο όχι μόνο για προγραμματιστές, αλλά για ολόκληρο το πεδίο της κβαντικής φυσικής. Η εξήγηση των κβαντικών θεωριών είναι ένας μεγάλος πονοκέφαλος όχι μόνο επειδή ο κβαντικός κόσμος είναι περίεργος σε σύγκριση με τον «κλασικό» φυσική οι περισσότεροι προγραμματιστές γνωρίζουν, αλλά και επειδή οι πρακτικές συνέπειες της κβαντικής φυσικής μπορεί να είναι δύσκολο να επιδεικνύω.
«Δεν χρειάζεται να ξέρεις τη φυσική. Δεν χρειάζεται να γνωρίζετε την κβαντική μηχανική».
Οι κλασικοί υπολογιστές ασχολούνται με δυαδικές απόλυτες. 1 και 0. Απενεργοποίηση ή ενεργοποίηση. Το Quantum ασχολείται με τις πιθανότητες και ο προγραμματισμός για το κβαντικό σημαίνει δημιουργία αλγορίθμων που χειρίζονται τις πιθανότητες για να παράγουν τη σωστή λύση. «Ξέρετε ότι αυτό το κύμα περιλαμβάνει τη λύση μου. Αυτά τα άλλα κύματα δεν περιλαμβάνουν λύση. Έτσι, θέλω αυτά τα κύματα, όταν παρεμβαίνουν, να φεύγουν», εξήγησε ο Σβόρε. «Και θέλω το κύμα που περιλαμβάνει τη λύση μου να γίνει πολύ μεγάλο. Στο τέλος μετράμε τις κβαντικές καταστάσεις. Η πιθανότητα να βγει το υψηλό κύμα είναι πιο πιθανή όσο υψηλότερο είναι αυτό το κύμα. Έτσι σχεδιάζουμε κβαντικούς αλγόριθμους».
Καταλαβαίνεις τι σημαίνει Svore;
Αν όχι, μην αισθάνεστε άσχημα. Δεν είναι εύκολο να το καταλάβεις και δεν είναι εύκολο να το αποδείξεις. Ακόμη και τα πειράματα σκέψης που έχουν σκοπό να απλοποιήσουν την κβαντομηχανική, όπως η διάσημη γάτα του Schrodinger, μπορούν να σας αφήσουν να ξύσετε το κεφάλι σας.
Η Microsoft ελπίζει ότι το Q#, και το Quantum Katas, θα προσφέρουν μια πρακτική εναλλακτική για την προσέγγιση του θέματος. «Δεν χρειάζεται να ξέρεις τη φυσική. Δεν χρειάζεται να γνωρίζετε την κβαντική μηχανική. Στην πραγματικότητα, θα ομολογήσω ότι δεν παρακολούθησα την κβαντομηχανική μέχρι το μεταπτυχιακό», είπε ο Svore. «Μπήκα στους κβαντικούς υπολογιστές χωρίς ποτέ να παρακολουθήσω φυσική στο κολέγιο. Είμαι επιστήμονας υπολογιστών εκπαιδεύομαι.»
Ο κβαντικός προγραμματισμός θα μπορούσε να γίνει ένα παράθυρο διορατικότητας δίνοντας στους προγραμματιστές την ευκαιρία να κάνουν πρακτική χρήση των κβαντικών θεωριών χωρίς να παραιτηθούν από τα εργαλεία στα οποία έχουν έρθει να βασιστούν. Δεν χρειάζεται να ξοδέψετε χρόνια μαθαίνοντας φυσική. Απλώς μεταβείτε, φτιάξτε μια εφαρμογή που χρησιμοποιεί Q# και δείτε τι συμβαίνει.
Προετοιμασία για αύριο
Η σημερινή πρακτική χρήση του Q# είναι περιορισμένη επειδή δεν υπάρχει υλικό για να καλέσετε. Η Microsoft δεν έχει κατασκευάσει ακόμα κβαντικό υπολογιστή, και ακόμη κι αν είχε, θα ήταν πολύ πρωτόγονο για να εκτελέσουμε χρήσιμους υπολογισμούς. Αλλά ένας προγραμματιστής μπορεί να ελέγξει τη δουλειά του εκτελώντας το Q# σε έναν προσομοιωμένο κβαντικό υπολογιστή. Αυτό καθιστά δυνατή την κωδικοποίηση ενός προγράμματος για κβαντικό με μια λογική προσδοκία ότι, μόλις το υλικό είναι διαθέσιμο, θα λειτουργήσει.
Αυτό είναι κρίσιμο. Οι κβαντικοί υπολογιστές δεν είναι απλώς ένας καλύτερος σύγχρονος υπολογιστής. Διαφέρουν ουσιαστικά. Απαιτούν διαφορετικό υλικό, διαφορετικούς αλγόριθμους και διαφορετική προσέγγιση για την επίλυση πολύπλοκων προβλημάτων. Ακόμα κι αν εμφανιζόταν ένας χρονοταξιδιώτης με έναν λειτουργικό, σταθερό κβαντικό υπολογιστή εκατομμυρίων qubit, θα είχαμε πρόβλημα να τον χρησιμοποιήσουμε, όπως ακριβώς οι Ρωμαίοι μελετητές θα ήταν μπερδεμένοι αν τους έδιναν ένα φορητό υπολογιστή. Το 99,9 τοις εκατό των σύγχρονων προγραμματιστών, προγραμματιστών και επιστημόνων υπολογιστών έχουν μηδενική εμπειρία κωδικοποίησης για κβαντικά και δεν έχουν ιδέα πώς λειτουργεί η κβαντική φυσική. Τα βασικά πρέπει να εισαχθούν πριν γίνουν πιο εντυπωσιακές ανακαλύψεις.
Η διδασκαλία θα πάρει χρόνο – αλλά το Q# της Microsoft είναι ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός.
Συστάσεις των συντακτών
- Το ChatGPT μπορεί τώρα να δημιουργήσει λειτουργικά κλειδιά Windows 11 δωρεάν
- Η Microsoft μπορεί να έχει αγνοήσει τις προειδοποιήσεις σχετικά με τις απρόσκοπτες απαντήσεις του Bing Chat
- Κινέζοι χάκερ στοχεύουν κρίσιμες υποδομές των ΗΠΑ, προειδοποιεί η Microsoft
- Τώρα μπορείτε να δοκιμάσετε avatars και εικονικούς χώρους στο Microsoft Teams
- Microsoft Build 2023: οι μεγαλύτερες ανακοινώσεις σε AI, Windows και πολλά άλλα
