IBM의 야심찬 백만 큐비트 양자 컴퓨터 계획

세계에서 가장 오래된 기술 기업 중 하나인 IBM이 냉장고를 만들고 있습니다. 그 자체로는 전례가 없는 일이 아닙니다. 다른 기술 회사들은 예전에 냉장고를 만들다. LG는 인상적인 Wi-Fi 연결 LG InstaView Door-in-Door 스마트 냉장고를 판매합니다. 또 다른 글로벌 장치 제조업체인 삼성은 Power Cool 기능을 갖춘 뛰어난 RF23J9011SR 4도어 플렉스를 만듭니다.

하지만 아직 개발 중인 IBM의 냉장고는 다르다. 사실 매우 다릅니다. 높이는 10피트, 폭은 6피트로 어마어마할 것입니다. 또한 기온은 상상할 수 없을 정도로 춥습니다. 약 15밀리켈빈(화씨 -459도)으로 우주보다 더 춥습니다. 제임스 본드 영화 골든아이(Goldeneye)의 이름을 따서 명명되기도 했습니다.

그러나 평범한 주방 냉장고와 가장 큰 차이점은 계획된 내용입니다. 내장형 계란 홀더, 야채 서랍, 계절 에그노그를 위한 공간을 기대하지 마세요. 대신, 일단 그것이 구축되면 세계 최초의 100만 큐비트 양자 컴퓨터의 본거지가 될 것입니다.

“양자 효과가 나타나려면 [양자 컴퓨터]를 극도로 낮은 온도로 냉각해야 합니다.” 제리 차우, IBM의 Quantum Hardware System Development 이사는 Digital Trends에 말했습니다. "사실 프로세서 자체만 사용하더라도 모든 인프라에는 상당한 양의 냉각이 필요합니다. 특히 확장할 때 더욱 그렇습니다."

Chow와 그의 팀이 IBM이 냉동 사업에 뛰어들려면 정말 필요했습니다. 적어도 그 자체의 양에 있어서는 말이죠. 컴퓨터. 우선, 현재 냉각 용량에는 한계가 있습니다. 그런 다음 진공 무결성을 유지하고 냉각에 필요한 다양한 구성 요소의 무게 균형을 맞추는 것과 같은 문제가 있습니다. 컴퓨터 과학자인 Alan Kay는 소프트웨어에 진지한 회사는 자체 하드웨어도 구축해야 한다고 말한 적이 있습니다. 아마도 이것의 양자적 등가물은 양자 컴퓨팅에 대해 진지한 회사가 자체 양자 컴퓨터뿐만 아니라 이를 수용할 자체 냉장고를 구축해야 한다는 것입니다.

Chow는 “만약 우리가 단지 겉모습만 확장해 보면 어느 시점에서 상용 벤더로부터 얻을 수 있는 것이 부족하다는 것을 알게 될 것입니다.”라고 Chow는 말했습니다. "[그것을] 넘어서는 방법에 대해 생각하기 시작해야합니까?"

양자 컴퓨팅이 그토록 다르고 매력적인 이유는 무엇일까요?

IBM의 슈퍼 냉장고는 어떤 면에서는 청어와도 같습니다. 이는 귀하가 인도한 Tesla를 위한 멋진 새 차고를 짓는 것과 비슷합니다. 물론, 당신이 설치한 멋진 원격 제어 차고 문은 흥미롭지만 그렇지 않습니다. 그만큼 흥미로운 비트. 이 비유에서 새로운 Tesla Model S 또는 Cybertruck은 IBM이 계획한 100만 큐비트 양자입니다. 그리고 IBM이 계획대로 이를 구축할 수 있다면 세계에서 가장 정교한 냉장고보다 더 가치 있는 멋진 냉장고가 될 것입니다.

양자 컴퓨터는 1980년대 미국 물리학자 폴 베니오프(Paul Benioff)에 의해 처음 제안되었지만, 그 기반이 되는 양자 역학은 그 역사가 오래되었습니다. 1920년대 물리학자들은 특정 실험이 현재의 이해를 바탕으로 예측했던 결과를 산출하지 못한다는 사실을 알아차리기 시작했습니다. 물리학. Richard Feynman, David Deutsch, Yuri Manin 등은 튜링 기계의 양자역학적 모델에 대한 아이디어를 포착하여 다음을 제안했습니다. 고전 컴퓨터로는 시뮬레이션할 수 없는 것들을 양자 컴퓨터를 사용하여 시뮬레이션할 수 있다는 것입니다. 물리학. 1994년 댄 사이먼(Dan Simon)은 양자 컴퓨터가 가능하다는 것을 보여주었습니다. 기존 컴퓨터보다 기하급수적으로 빠른 속도.

양자와의 가장 큰 차이점 중 하나는 중첩의 개념입니다. 클래식 컴퓨터는 A 또는 B 상태(또는 이진 용어로 1 또는 0)일 수 있습니다. 양자 컴퓨터는 이 두 가지를 혼합한 것일 수 있습니다. (그게 바로 슈뢰딩거의 고양이 사고 실험 상자 안의 고양이는 살아 있거나 죽었거나 동시에 살아 있으면서도 죽어 있을 수 있습니다.) 그리고 다른 개념이 있습니다. 붕괴, 불확실성, 얽힘 등으로 인해 양자 컴퓨터는 여러분과 제가 자란 컴퓨터와 매우 다릅니다. 에.

기존 컴퓨터가 비트에서 작동하는 것과 동일한 방식으로 양자 컴퓨터는 큐비트라고 하는 것에서 작동합니다. 현재 IBM의 현재 가장 큰 양자 컴퓨터는 65큐비트를 가지고 있습니다. 2023년까지 1,000큐비트를 갖춘 시스템을 구축하고자 합니다. 그리고 그 이후 언젠가(회사가 약속하지는 않지만 확실히 로드맵에 있는 날짜) 100만 큐비트 머신을 구축할 것입니다.

65큐비트에서 백만 큐비트로 점프하는 것은 상당한 도약입니다. 그러나 컴퓨팅은, 심지어 고전적인 컴퓨팅이라 할지라도 기하급수적인 도약에 있어서는 꽤 좋은 것으로 드러났습니다. 무어의 법칙 회로 기판에 장착할 수 있는 트랜지스터의 수가 약 2년마다 두 배로 늘어난다고 합니다. 양자가 무어의 법칙과 가장 가까운 것은 2002년 Geordie Rose가 공식화한 로즈의 법칙입니다. 로즈의 법칙에 따르면 양자 컴퓨터의 큐비트 수가 2년마다 두 배로 늘어납니다.

무어의 법칙과 비교할 때 로즈의 법칙의 의미는 훨씬 더 심오합니다. 왜냐하면 Peter Diamandis와 Steven Kotler가 그들의 책에서 관찰한 것처럼 미래는 생각보다 빠릅니다: 융합 기술이 비즈니스, 산업 및 우리 삶을 어떻게 변화시키고 있습니까?, 중첩된 큐비트는 트랜지스터의 바이너리 비트보다 훨씬 더 많은 전력을 갖습니다.

"더 많은" 것이 항상 "더 나은" 것과 같지는 않기 때문에 IBM이 이 개념을 개념적으로 수정한 것 중 하나는 IBM이 양자 볼륨이라고 부르는 보다 미묘한 개념을 기반으로 합니다. Chow는 “단순히 큐비트의 물리적 수를 확장하는 것이 아닙니다. “결국 중요한 것은 큐비트의 수와 성능이 얼마나 좋은지에 관한 것입니다. 큐비트가 분리되고 양자 정보가 사라지기 전에 해당 하드웨어에서 실제로 실행할 수 있는 회로의 크기는 얼마나 됩니까? 양자량은 그러한 척도입니다.”

양자 컴퓨터를 기대할 때 기대할 수 있는 것

양자역학의 창시자 중 한 명인 닐스 보어는 “우리가 현실이라고 부르는 모든 것은 현실이라고 간주할 수 없는 것들로 이루어져 있다”고 말했습니다. 양자 중첩의 전제를 고려할 때 오늘날 양자 컴퓨터가 여기가 아닌 여기라는 이상한 황혼의 세계에 존재하는 것이 적절할 것입니다. 여기. IBM은 제대로 작동하는 양자 컴퓨터를 구축한 회사 중 하나일 뿐입니다(Google, Baidu, Amazon 등이 다른 유명 기업 중 일부입니다.). 양자 알고리즘도 — 어떤 경우에는 사람들이 구축한 양자 컴퓨터에서 아직 효과적으로 실행될 수 없는 경우도 있습니다.

그러나 개념에 대한 모든 증거와 흥분의 원인에도 불구하고 세계는 아직 양자 컴퓨팅의 엄청난 힘을 활용하기 시작하지 않았다고 말하는 것이 타당합니다. Chow는 "실제 응용 측면에서 [양자 컴퓨팅]이 수반하는 것은 아직 완전히 알려지지 않았습니다."라고 말했습니다.

전산화학, 금융 등 가장 흥미로운 잠재적 사용 사례 모델링, 사이버 보안 및 암호화폐 또는 고급 예측은 양자 세계의 유령으로 남아 있습니다. 기계. 적어도 지금은.

IBM이 양자 컴퓨팅에 집중하는 이유는 무엇인가요? Chow는 "우리의 초점은 컴퓨팅의 미래를 어떻게 제공할 것인가에 있습니다."라고 말했습니다. 양자는 그러한 미래에서 피할 수 없는 부분입니다.

양자 컴퓨팅은 미래를 위한 IBM의 세 가지 큰 투자 중 하나입니다. 미래 기술의 삼위일체는 양자컴퓨팅, 인공지능, 클라우드로 구성됩니다. 그러나 이는 세 개의 유망 스타트업에 저축한 돈을 투자하는 경우처럼 개별적인 베팅이 아닙니다. 세 명 중 한 명이 유니콘이 될 가능성이 있다고 믿으며, 이로 인해 발생한 모든 손실을 상쇄할 수 있습니다. 다른 두 개.

예를 들어, Quantum은 AI의 판도를 바꿀 수 있습니다. 인공지능은 의심의 여지가 없습니다. 특히, 기계 학습 — 클래식 컴퓨팅 아키텍처를 사용하여 놀라운 발전을 누렸습니다. 그러나 양자는 일의 속도를 훨씬 더 높일 것이라고 약속합니다. 현재 기계 학습 알고리즘의 양자 버전(또는 완전히 새롭고 훨씬 더 빠를 가능성이 높음) 대안)은 엄청난 양의 데이터 기반 AI를 수행할 수 있을 것입니다. 훨씬 더 빠른 속도로 계산 비율. 그들은 데이터에서 발생하는 엄청나게 많은 차원을 처리하고 이를 대규모 양자 특징 공간에 매핑할 수 있습니다. 양자 얽힘을 사용하면 기존의 클래식 컴퓨팅으로는 발견할 수 없는 새로운 패턴을 발견할 수 있습니다.

양자 구름 위에 떠 있는

클라우드는 IBM의 양자 투자의 기본 부분이기도 합니다. 대체로 말하면, 클래식 컴퓨팅의 대중적인 발전은 메인프레임에서 미니컴퓨터, 개인용 컴퓨터로의 전환이었습니다. 1950년대에는 사람들이 에어컨이 설치된 넓은 방에서만 거대한 컴퓨터에 접근할 수 있었습니다. 1970년대 후반과 80년대에는 사람들의 집에 컴퓨터가 있었습니다. 1990년대에는 사람들이 가방에 넣고 다닐 수 있는 노트북 컴퓨터를 갖게 되었습니다. 오늘날 우리는 주머니에 넣고 다니는 스마트폰 형태의 컴퓨터를 가지고 있습니다.

양자 컴퓨터에 대한 요구 사항(예: 극한의 냉각)으로 인해 양자 컴퓨터가 폼 팩터에서 동일한 변화를 겪을 가능성은 거의 없어 보입니다.

Chow는 “당신의 책상 위에 [물리적 양자 컴퓨터가] 있다는 점에서 제가 틀렸을 수도 있지만 그렇게 될지는 확실하지 않습니다.”라고 말했습니다. “이러한 수준의 양자 일관성이 필요한 대부분의 시스템은 초전도 시스템입니다. 또는 포획된 이온을 유지하려면 특히 확장할 때 상당한 인프라가 필요합니다. 위로."

그러나 이것이 바로 클라우드 컴퓨팅의 혼란이 등장하는 지점입니다. 클라우드 컴퓨팅은 사용자가 동일한 물리적 근처에 있는지 여부에 관계없이 슈퍼컴퓨터 기능에 액세스할 수 있음을 의미합니다. 컴퓨팅 성능이나 스토리지는 더 이상 20년 전처럼 책상에 있는 하드웨어에만 국한되지 않습니다.

Chow는 “오늘날 너무 많은 일이 클라우드를 통해 이루어지는데도 사람들은 눈치채지 못합니다.”라고 말했습니다. “사람들은 어떤 일이 스스로 처리되지 않는다는 사실을 몇 번이나 깨닫는가? 노트북 아니면 자신의 휴대폰이 아닌 다른 곳에서요? 이것이 바로 클라우드를 통한 양자가 작동하는 방식입니다.”

양자컴퓨팅이 어느 정도는 그렇다. 이미 일하고 있는. 2016년 5월 IBM은 양자 경험, 사용자가 양자 컴퓨터 시스템에서 실험을 수행할 수 있는 5큐비트 양자 프로세서 및 연결된 매칭 시뮬레이터입니다. 현재까지 IBM Quantum은 클라우드에 32개의 양자 프로세서를 배포했으며, 전 세계 280,000명 이상의 사용자가 매일 총 10억 개 이상의 양자 회로를 실행하고 있습니다. 더욱 강력한 양자 컴퓨터가 출시됨에 따라 사용자는 클라우드를 통해 이러한 컴퓨터에도 액세스할 수 있게 됩니다.

Chow는 “기존 컴퓨터에서 우리가 알고 있는 최고의 기술을 사용하여 자연스럽게 해결되는 문제가 있을 것입니다.”라고 말했습니다. "그러나 오늘날 양자 컴퓨터에 적합할 수 있는 [고성능 컴퓨팅 시스템으로도] 해결하기에는 너무 복잡한 문제도 있습니다."

아니요, 조만간(만약 가능하다면) 양자 컴퓨터에서 Excel 스프레드시트를 실행하지 않을 것입니다. 클래식 컴퓨터에서는 Excel을 제대로 실행할 수 있습니다. 그러나 애플리케이션의 일부는 암호화나 더 나은 기계 학습 등을 위해 확실히 양자 기능을 활용할 수 있습니다. 더 흥미롭고 경솔한 예가 있을 수도 있습니다. 예를 들어, 제임스 우튼또 다른 IBM 엔지니어는 양자 컴퓨팅을 사용하여 다음을 수행하고 있습니다. 컴퓨터 게임 내 무작위 지형 생성. 상상할 수 없을 정도로 플레이할 때마다 완전히 재구성되는 게임을 꿈꿔본 적이 있나요? 퀀텀이 당신의 대답입니다.

하이브리드 모델

Chow는 "이것이 하이브리드 클라우드 컴퓨팅 모델이 의미하는 바입니다."라고 말했습니다. “문제가 있는 작업 부하가 컴퓨터에 공급되고 올바른 부분은 클래식 컴퓨터로 이동하고 다른 부분은 양자 컴퓨터로 이동하게 됩니다. 그러면 해결책이 나옵니다. 그것은 미래에 상상할 수 있는 그림이다. [Quantum은] [클래식 컴퓨터를] 대체하지는 않지만 확실히 서로 협력할 것입니다.”

IBM은 백만 큐비트 컴퓨터를 정확히 언제 제공할 것인지, 또는 Goldeneye 냉장고가 언제 완성될 것인지 약속하지 않을 것입니다. 그러나 양자 컴퓨팅이 판도를 바꿀 것이라는 믿음은 매우 분명합니다.

안에 올해 초 IBM 블로그에 작성된 게시물IBM 펠로우이자 양자 컴퓨팅 부사장인 Jay Gambetta는 차세대 IBM 양자 컴퓨터를 달 착륙을 초래한 아폴로 임무에 비유했습니다. 정말 비교가 됩니다. 정확할 수도 있습니다.

2020년에는 다음과 같은 전망을 가지고 있습니다. 초승달 착륙 수십 년 전보다 감질나게 가까워졌습니다. 이는 불과 몇 년 전보다 훨씬 더 낙관적인 비교처럼 들립니다. 기다릴 만한 가치가 충분히 있을 것입니다.

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