IBM-ov ambiciozni plan kvantnog računala od milijun kubita

IBM, jedna od najstarijih tehnoloških kompanija na svijetu, gradi hladnjak. To, samo po sebi, nije bez presedana. Druge tehnološke tvrtke imaju ugradio hladnjake prije. LG prodaje impresivni pametni hladnjak LG InstaView Door-in-Door povezan s Wi-Fi mrežom. Samsung, još jedan globalni proizvođač uređaja, proizvodi odličan RF23J9011SR Flex s 4 vrata sa značajkom Power Cool.

Ali IBM-ov hladnjak (još u razvoju) je drugačiji. Vrlo različito, zapravo. Bit će ogroman zbog jedne stvari: 10 stopa visok i 6 stopa širok. Također će biti nezamislivo hladno, oko 15 milikelvina ili -459 Fahrenheita, što je hladnije od svemira. Također je dobio ime po filmu o Jamesu Bondu, Goldeneye.

Ipak, najveća razlika između njega i vašeg uobičajenog kuhinjskog hladnjaka je njegov planirani sadržaj. Ne očekujte ugrađeni držač za jaja, ladice za povrće i prostor za vaš sezonski liker od jaja. Umjesto toga, bit će dom za prvo kvantno računalo na svijetu od 1 milijun kubita - nakon što i ono bude izgrađeno.

"Da bi se pojavili kvantni efekti, [kvantna računala] moraju se ohladiti na ekstremno niske temperature," Jerry Chow, direktor Quantum Hardware System Development u IBM-u, rekao je za Digital Trends. "Zapravo, sva infrastruktura koja ide oko sebe, čak i sam procesor zahtijeva priličnu količinu hlađenja, pogotovo kada je povećavate, zar ne?"

Upravo je taj proces povećanja doveo Chowa i njegov tim do neizbježnog zaključka da IBM stvarno potreban za ulazak u posao rashladnih uređaja — barem kada je riječ o vlastitoj količini računala. Kao prvo, postoji ograničenje trenutnog kapaciteta hlađenja. Zatim postoje problemi sa stvarima poput održavanja cjelovitosti vakuuma i balansiranja težine različitih komponenti potrebnih za hlađenje. Računalni znanstvenik Alan Kay jednom je rekao da bi tvrtka koja se ozbiljno bavi softverom također trebala izgraditi vlastiti hardver. Možda bi kvantni ekvivalent ovoga trebao biti da tvrtka koja se ozbiljno bavi kvantnim računalstvom ne bi trebala samo izgraditi vlastito kvantno računalo, već i vlastiti hladnjak u koji će ga smjestiti.

"Ako samo napravimo skaliranje pozadine omotnice, počnete uviđati da u nekom trenutku ono što možete dobiti od komercijalnih dobavljača nije dovoljno", rekao je Chow. "Morate početi razmišljati o tome kako preskočiti [to]?"

Što kvantno računalstvo čini toliko drugačijim, tako privlačnim?

IBM-ov super hladnjak je, na nekoj razini, crvena haringa. To je pomalo kao da gradite otmjenu novu garažu za Teslu koju ste isporučili. Naravno, ta otmjena garažna vrata na daljinsko upravljanje koja ste postavili su uzbudljiva - ali nisu the uzbudljivo malo. U ovoj analogiji, novi Tesla Model S ili Cybertruck je IBM-ov planirani kvantum od jednog milijuna qubita. I, pod uvjetom da ga IBM može izraditi prema planu, bit će to dosadan, više nego dostojan najsofisticiranijeg hladnjaka na svijetu.

Kvantna računala prvi je predložio 1980-ih američki fizičar Paul Benioff, iako kvantna mehanika na kojoj se temelje datira iz do 1920-ih, kada su fizičari počeli primjećivati ​​da određeni eksperimenti ne daju rezultate koje su predviđali koristeći se svojim trenutnim razumijevanjem fizika. Richard Feynman, David Deutsch, Yuri Manin i drugi uhvatili su se ideje o kvantnomehaničkom modelu Turingovog stroja, sugerirajući da bi se kvantno računalo moglo koristiti za simulaciju stvari koje se jednostavno ne mogu simulirati putem klasičnog računala korištenjem klasičnih fizika. Dan Simon je 1994. pokazao da bi kvantno računalo moglo biti eksponencijalno brži od klasičnog računala.

Jedna od velikih razlika s kvantom je koncept superpozicije. Klasično računalo može biti ili stanje A ili B (ili, u binarnom smislu, jedan ili nula). Kvantno računalo može biti mješavina to dvoje. (To je Schrödingerov mačji misaoni eksperiment u kojem bi mačka u kutiji mogla biti ili živa, ili mrtva, ili i živa i mrtva istovremeno.) Zatim, tu su i drugi koncepti kao što su kolaps, neizvjesnost i isprepletenost, koji kvantna računala čine vrlo različitima od onih u kojima smo ti i ja odrasli na.

Na isti način na koji klasično računalo radi s bitovima, kvantna računala rade s onim što se naziva qubits. Trenutačno najveće IBM-ovo kvantno računalo ima 65 qubita. Do 2023. želi izgraditi jedan s 1000 qubita. A nešto nakon toga - datum na koji se tvrtka neće obvezati, ali koji je svakako na njezinoj karti puta - izgradit će stroj od 1 milijun kubita.

Skok sa 65 qubita na milijun qubita pravi je skok. Ali računalstvo, čak i klasično računalstvo, pokazuje se prilično dobrim kada je riječ o eksponencijalnim skokovima. Mooreov zakon navodi da se broj tranzistora koji mogu stati na tiskanu ploču udvostručuje otprilike svake dvije godine. Najbliža stvar koju kvant ima Mooreovom zakonu je ono što se naziva Roseov zakon, koji je formulirao Geordie Rose 2002. Roseov zakon kaže da se broj kubita u kvantnom računalu udvostručuje svakih nekoliko godina.

U usporedbi s Mooreovim zakonom, implikacije Roseova zakona vjerojatno su još dublje jer, kako Peter Diamandis i Steven Kotler primjećuju u svojoj knjizi Budućnost je brža nego što mislite: Kako konvergentne tehnologije transformiraju poslovanje, industrije i naše živote, kubiti u superpoziciji imaju daleko veću snagu od binarnih bitova u tranzistorima.

Budući da "više" nije uvijek jednako "bolje", jedno od IBM-ovih konceptualnih ugađanja ovog pojma temelji se na nijansiranijem konceptu onoga što IBM naziva kvantnim volumenom. "Ne radi se samo o skaliranju fizičkog broja kubita", rekao je Chow. “Na kraju, radi se o broju qubita i o tome koliko dobro rade; koliko velik krug zapravo možete pokrenuti na tom hardveru prije nego što se kubiti dekoheriraju i vaša kvantna informacija nestane. Kvantni volumen je takva metrika."

Što očekivati ​​kada očekujete kvantna računala

“Sve što nazivamo stvarnim”, rekao je Niels Bohr, jedan od utemeljitelja kvantne mehanike, “načinjeno je od stvari koje se ne mogu smatrati stvarnima.” S obzirom na premisu kvantne superpozicije, možda je prikladno da kvantna računala danas postoje u čudnom svijetu sumraka ovdje, a ne ovdje. IBM je samo jedna od tvrtki koja je izgradila funkcionalna kvantna računala (Google, Baidu, Amazon su neka od drugih velikih imena.) Postoje kvantni algoritmi također — u nekim slučajevima, oni koji se još ne mogu učinkovito pokrenuti na kvantnim računalima koja su ljudi izgradili.

Pa ipak, usprkos svim dokazima koncepata i razlozima za uzbuđenje, pošteno je reći da se svijet još nije počeo približavati iskorišćavanju goleme moći kvantnog računalstva. "Još uvijek nije u potpunosti poznato što [kvantno računalstvo] podrazumijeva u smislu stvarnih primjena", rekao je Chow.

Neki od najuzbudljivijih potencijalnih slučajeva upotrebe - bilo da se radi o računskoj kemiji, financijama modeliranje, kibernetička sigurnost i kriptovalute ili napredno predviđanje — ostaju duhovi u kvantumu mašina. Za sada, barem.

Zašto je IBM fokusiran na kvantno računanje? "Naš fokus je na tome kako ćemo isporučiti budućnost računalstva", rekao je Chow. Kvant je nezaobilazan dio te budućnosti.

Kvantno računalstvo jedno je od tri IBM-ova velika oklada za budućnost. Ovo sveto trojstvo tehnologija budućnosti čine kvantno računalstvo, umjetna inteligencija i oblak. Ali ovo nisu pojedinačne oklade kao što bi bio slučaj da svoju ušteđevinu uložite u tri obećavajuća startupa, vjerujući da jedan od njih tri ima šanse postati jednorog koji će više nego nadoknaditi sve gubitke nastale od druga dva.

Quantum bi, na primjer, mogao promijeniti igru ​​za A.I. Nema sumnje da umjetna inteligencija - i točnije, strojno učenje — uživao je u zapanjujućem napretku korištenjem klasične računalne arhitekture. Ali kvantna obećanja još više ubrzavaju stvari. Kvantne verzije trenutnih algoritama strojnog učenja (ili, vjerojatnije, posve novih, puno bržih alternative) moći će izvesti goleme podatke vođene umjetnom inteligencijom. izračuni znatno brži stopa. Moći će se nositi sa zapanjujućim brojem dimenzija koje proizlaze iz podataka i mapirati ih u velikom prostoru kvantnih značajki. Kvantna isprepletenost mogla bi se koristiti za otkrivanje novih obrazaca koji se ne mogu otkriti tradicionalnim klasičnim računalstvom.

Plutanje na kvantnom oblaku

Cloud je također temeljni dio IBM-ove kvantne oklade. Općenito govoreći, popularna progresija klasičnog računalstva bila je prijelaz s velikih računala na miniračunala na osobna računala. Pedesetih godina prošlog stoljeća ljudi su imali pristup golemim računalima samo u velikim, klimatiziranim sobama. Do kasnih 1970-ih i 80-ih ljudi su u svojim domovima imali računala. Do 1990-ih ljudi su imali prijenosna računala koja su mogli nositi u svojim torbama. Danas imamo računala u obliku pametnih telefona koje nosimo u džepu.

Čini se malo vjerojatnim da će kvantna računala doživjeti istu promjenu faktora oblika zbog zahtjeva (kao što je ekstremno hlađenje) za kvantno računalo.

"Što se tiče [imanja fizičkog kvantnog računala] na vašem stolu, možda sam u krivu, ali nije mi jasno da će to biti slučaj", rekao je Chow. “Većina sustava koje gradite zahtijeva ovu razinu kvantne koherencije, bilo da je riječ o supravodljivom sustavu ili zarobljeni ioni, svi zahtijevaju priličnu infrastrukturu da biste ih održavali - a posebno kako se povećavate gore.”

Ali ovdje na scenu stupa poremećaj računalstva u oblaku. Računalstvo u oblaku znači da korisnici imaju pristup mogućnostima superračunala bez obzira nalaze li se u istoj fizičkoj blizini. Računalna snaga ili pohrana više nisu ograničeni na hardver koji je dostupan na vašem stolu kao prije 20 godina.

"Danas se toliko toga radi preko oblaka, [a] ljudi to ni ne primjećuju", rekao je Chow. “Koliko puta ljudi shvate da nešto nisu obradili sami prijenosna računala ili na vlastitim telefonima, ali negdje drugdje? Tako će quantum preko oblaka funkcionirati."

Takvo je, do određene mjere, kvantno računalstvo već radeći. U svibnju 2016. IBM je lansirao svoj Kvantno iskustvo, kvantni procesor od pet qubita i povezani simulator podudaranja koji korisnicima omogućuje izvođenje eksperimenata na kvantnom računalnom sustavu. Do danas, IBM Quantum je implementirao 32 kvantna procesora u oblaku, s više od 280.000 korisnika širom svijeta koji zajednički pokreću više od 1 milijarde kvantnih sklopova dnevno. Kako moćnija kvantna računala budu postajala dostupna, i ona će biti dostupna korisnicima putem oblaka.

"Imat ćete probleme koji se prirodno rješavaju korištenjem najboljih tehnika koje poznajemo u tradicionalnim računalima", rekao je Chow. "Ali postoje i dijelovi ovih problema koji su danas presloženi za rješavanje [čak i s računalnim sustavima visokih performansi] koji bi mogli biti prikladni za kvantna računala."

Ne, nećete uskoro (ako ikada) pokrenuti svoju Excel proračunsku tablicu na kvantnom računalu. Klasična računala mogu sasvim dobro pokretati Excel. Ali dijelovi aplikacija sigurno bi mogli iskoristiti kvantne mogućnosti, bilo za stvari poput enkripcije ili boljeg strojnog učenja. Moglo bi biti još fascinantno neozbiljnih primjera. Na primjer, James Wootton, još jedan IBM-ov inženjer, koristi kvantno računalstvo nasumično generiranje terena unutar računalnih igara. Jeste li ikada sanjali o igri koja bi se mogla potpuno rekonfigurirati svaki put kada je igrate do nezamislive razine? Quantum je vaš odgovor.

Hibridni model

"To je ono što mislimo pod računalnim modelom hibridnog oblaka", rekao je Chow. "Imat ćete svoj problemski rad koji se ubacuje u računalo i pravi dijelovi idu na klasično računalo, a ostali dijelovi idu na kvantno računalo. Tada izlazi rješenje. To je slika koju možete zamisliti u budućnosti. [Quantum is] nije zamjena [za klasična računala], ali će sigurno raditi ruku pod ruku.”

IBM se neće obvezati kada će točno isporučiti svoje računalo od milijun kubita - ili, što se toga tiče, kada će njegov hladnjak Goldeneye biti gotov. Ali prilično je jasno vjerovati da će kvantno računalstvo promijeniti igru.

U post napisan za IBM-ov blog ranije ove godine, Jay Gambetta, IBM-ov suradnik i potpredsjednik za kvantno računalstvo, usporedio je sljedeću generaciju IBM-ovih kvantnih računala s misijama Apollo koje su rezultirale slijetanjem na Mjesec. To je prava usporedba. Također može biti točan.

Ovdje 2020. godine, s izgledom za a slijetanje na mladi mjesec primamljivo bliže nego što je bilo desetljećima, to zvuči kao mnogo optimističnija usporedba nego što je možda bila prije samo nekoliko godina. Trebalo bi se isplatiti čekati.

Preporuke urednika

• AI bi mogao zamijeniti oko 7800 radnih mjesta u IBM-u kao dio pauze zapošljavanja
• Unutar britanskog laboratorija koji povezuje mozgove s kvantnim računalima
• IBM-ov novi 127-qubit procesor veliki je napredak u kvantnom računalstvu
• Istraživači stvaraju 'dio slagalice koji nedostaje' u razvoju kvantnog računalstva
• Predsjednik IBM-a potvrđuje da će nestašica čipova trajati još 'nekoliko godina'