IBM plataus užmojo milijono kubitų kvantinio kompiuterio planas

IBM, viena seniausių pasaulyje technologijų įmonių, kuria šaldytuvą. Tai savaime nėra beprecedentė. Kitos technologijų įmonės turi anksčiau statė šaldytuvus. LG parduoda įspūdingą prie „Wi-Fi“ prijungtą LG „InstaView Door-in-Door“ išmanųjį šaldytuvą. „Samsung“, kita pasaulinė įrenginių gamintoja, gamina puikią „RF23J9011SR 4-Door Flex“ su „Power Cool“ funkcija.

Tačiau IBM šaldytuvas (vis dar kuriamas) yra kitoks. Labai skirtingai, tiesą sakant. Jis bus didžiulis dėl vieno dalyko: 10 pėdų aukščio ir 6 pėdų pločio. Taip pat bus neįsivaizduojamai šalta, apie 15 milikelvinų arba -459 Farenheito, o tai yra šaltesnė nei kosminė erdvė. Jis taip pat pavadintas Džeimso Bondo filmo „Auksinė akis“ vardu.

Tačiau didžiausias skirtumas tarp jo ir jūsų pagaminto virtuvės šaldytuvo yra suplanuotas turinys. Nesitikėkite, kad bus įmontuotas kiaušinių laikiklis, daržovių stalčiai ir vietos jūsų sezoniniam kiaušinienei. Vietoj to, jame bus pirmasis pasaulyje 1 milijono kubitų kvantinis kompiuteris – kai tik jis bus pastatytas.

„Kad atsirastų kvantiniai efektai, [kvantinius kompiuterius] reikia atvėsinti iki itin žemos temperatūros. Džeris Čau, IBM Quantum Hardware System Development direktorius, pasakojo „Digital Trends“. „Tiesą sakant, visai infrastruktūrai, kuri veikia net tik pats procesorius, reikia pakankamai aušinimo, ypač kai jį padidinate, tiesa?

Būtent šis didinimo procesas paskatino Chow ir jo komandą padaryti neišvengiamą išvadą, kad IBM tikrai reikėjo įsitraukti į šaldymo verslą – bent jau kalbant apie jo paties kiekį kompiuteriai. Viena vertus, dabartinis aušinimo pajėgumas yra ribotas. Tada kyla problemų dėl tokių dalykų kaip vakuumo vientisumo palaikymas ir įvairių atšaldymui reikalingų komponentų svorio balansavimas. Kompiuterių mokslininkas Alanas Kay kartą pasakė, kad įmonė, rimtai žiūrinti į programinę įrangą, taip pat turėtų sukurti savo aparatinę įrangą. Galbūt kvantinis to atitikmuo turėtų būti tas, kad įmonė, rimtai žiūrinti į kvantinį skaičiavimą, turėtų ne tik sukurti savo kvantinį kompiuterį, bet ir savo šaldytuvą jam laikyti.

„Jei tik šiek tiek pakoreguojame voko užpakalinį mastelį, pamatysite, kad tam tikru momentu tai, ką galite gauti iš komercinių pardavėjų, nepavyks“, - sakė Chow. „Turite pradėti galvoti, kaip pasistūmėti toliau [to]?

Kuo kvantinė kompiuterija tokia skirtinga, tokia patraukli?

IBM super šaldytuvas tam tikru lygiu yra raudonoji silkė. Tai panašu į nuostabaus naujo garažo kūrimą jūsų pristatytai Teslai. Žinoma, jūsų įrengti nuostabūs nuotolinio valdymo garažo vartai yra jaudinantys, bet taip nėra į jaudinantis truputis. Pagal šią analogiją naujasis „Tesla Model S“ arba „Cybertruck“ yra IBM planuojamas vieno milijono kubitų kvantas. Ir jei IBM galės jį sukurti taip, kaip planuota, jis bus niūrus, daugiau nei vertas moderniausio pasaulyje šaldytuvo.

Devintajame dešimtmetyje kvantinius kompiuterius pirmą kartą pasiūlė amerikiečių fizikas Paulas Benioffas, nors kvantinė mechanika, kuria jie yra pagrįsti iki XX amžiaus trečiojo dešimtmečio, kai fizikai pradėjo pastebėti, kad kai kurie eksperimentai nedavė rezultatų, kuriuos jie numatė, naudodamiesi dabartiniu supratimu apie fizika. Richardas Feynmanas, Davidas Deutschas, Jurijus Maninas ir kiti ėmėsi idėjos apie kvantinį mechaninį Turingo mašinos modelį, siūlydami kad kvantinis kompiuteris gali būti naudojamas imituoti dalykus, kurių tiesiog neįmanoma imituoti naudojant klasikinį kompiuterį naudojant klasikinį fizika. 1994 m. Danas Simonas parodė, kad kvantinis kompiuteris gali būti eksponentiškai greičiau nei klasikinis kompiuteris.

Vienas iš didžiausių kvantinių skirtumų yra superpozicijos samprata. Klasikinis kompiuteris gali būti A arba B būsena (arba, dvejetainiais terminais, viena arba nulis). Kvantinis kompiuteris gali būti šių dviejų derinys. (Tai yra Schrödingerio katės minties eksperimentas kurioje katė dėžėje gali būti gyva, negyva arba gyva ir negyva vienu metu.) Tada yra ir kitų sąvokų. tokie kaip žlugimas, netikrumas ir įsipainiojimas, dėl kurių kvantiniai kompiuteriai labai skiriasi nuo tų, kuriuose jūs ir aš užaugome įjungta.

Lygiai taip pat, kaip klasikinis kompiuteris veikia bitais, kvantiniai kompiuteriai veikia vadinamaisiais kubitais. Šiuo metu didžiausias IBM kvantinis kompiuteris turi 65 kubitus. Iki 2023 m. ji nori sukurti vieną su 1000 kubitų. Ir kažkada po to – data, kurios įmonė neįsipareigs, bet kuri tikrai yra jos plane – ji pagamins 1 milijono kubitų mašiną.

Peršokti nuo 65 kubitų iki milijono kubitų yra didelis šuolis. Tačiau skaičiavimas, net ir klasikinis skaičiavimas, yra gana geras, kai kalbama apie eksponentinį šuolį. Moore'o dėsnis teigia, kad tranzistorių, kurie gali tilpti į plokštę, skaičius padvigubėja maždaug kas dvejus metus. Artimiausias dalykas, kurį kvantas turi Moore'o dėsniui, yra vadinamas Rose's dėsniu, kurį suformulavo Geordie Rose 2002 m. Rose's Law teigia, kad kubitų skaičius kvantiniame kompiuteryje padvigubėja kas porą metų.

Palyginti su Moore'o įstatymu, Rose's dėsnio pasekmės, be abejonės, yra dar gilesnės, nes, kaip savo knygoje pastebi Peteris Diamandis ir Stevenas Kotleris Ateitis greitesnė, nei manote: kaip susiliejančios technologijos keičia verslą, pramonės šakas ir mūsų gyvenimą, superpozicijoje esantys kubitai turi daug didesnę galią nei dvejetainiai tranzistorių bitai.

Kadangi „daugiau“ ne visada reiškia „geriau“, vienas iš IBM konceptualių šios sąvokos pakeitimų yra pagrįstas labiau niuansuota koncepcija, kurią IBM vadina kvantiniu tūriu. „Tai ne tik fizinio kubitų skaičiaus padidinimas“, - sakė Chow. „Galų gale, tai susiję ir su kubitų skaičiumi, ir apie jų našumą; kokią didelę grandinę iš tikrųjų galite paleisti su ta aparatine įranga, kol kubitai nesuderinami ir jūsų kvantinė informacija dingsta. Kvantinis tūris yra tokia metrika.

Ko tikėtis, kai tikitės kvantinių kompiuterių

„Viskas, ką vadiname tikru“, – sakė vienas kvantinės mechanikos įkūrėjų Nielsas Bohras, – „yra padaryta iš dalykų, kurių negalima laikyti tikrais“. Atsižvelgiant į kvantinės superpozicijos prielaidą, galbūt būtų tikslinga, kad kvantiniai kompiuteriai šiandien egzistuoja keistame prieblandos pasaulyje, o ne čia. IBM yra tik viena iš kompanijų, sukūrusių veikiančius kvantinius kompiuterius („Google“, „Baidu“, „Amazon“ yra keletas kitų didelių vardų). kvantiniai algoritmai taip pat - kai kuriais atvejais tokių, kurių dar negalima efektyviai paleisti žmonių sukurtais kvantiniais kompiuteriais.

Ir vis dėlto, nepaisant visų sąvokų ir jaudulio priežasčių, teisinga sakyti, kad pasaulis dar nepriartėjo prie milžiniškos kvantinės skaičiavimo galios. „Ką [kvantinė kompiuterija] reiškia realiomis programomis, vis dar nėra visiškai žinoma“, - sakė Chow.

Keletas įdomiausių potencialaus naudojimo atvejų – nesvarbu, ar tai būtų skaičiavimo chemija, ar finansiniai modeliavimas, kibernetinis saugumas ir kriptovaliuta arba pažangus prognozavimas – lieka vaiduokliai mašina. Kol kas bent jau.

Kodėl IBM daugiausia dėmesio skiria kvantiniam skaičiavimui? „Mūsų dėmesys sutelkiamas į tai, kaip teikiame skaičiavimo ateitį“, - sakė Chow. Kvantas yra neišvengiama tos ateities dalis.

Kvantinė kompiuterija yra vienas iš trijų didelių IBM statymų ateičiai. Šią šventąją ateities technologijų trejybę sudaro kvantinė kompiuterija, dirbtinis intelektas ir debesys. Tačiau tai nėra individualūs statymai, kaip būtų, jei investuotumėte savo santaupas į tris perspektyvius startuolius, tikėdamas, kad vienas iš trijų turi galimybę tapti vienaragiu, kuris daugiau nei kompensuos bet kokius nuostolius, patirtus kiti du.

Pavyzdžiui, „Quantum“ galėtų pakeisti A.I. Nėra jokių abejonių, kad dirbtinis intelektas – o ypač mašininis mokymasis – džiaugėsi stulbinančia pažanga naudojant klasikinę skaičiavimo architektūrą. Tačiau kvantai žada viską dar labiau paspartinti. Kvantinės dabartinių mašininio mokymosi algoritmų versijos (arba, labiau tikėtina, visiškai naujos, daug greitesnės alternatyvos) galės atlikti milžinišką duomenimis pagrįstą A.I. skaičiuoti žymiai greičiau norma. Jie sugebės susidoroti su neįtikėtinu matmenų, atsirandančių iš duomenų, skaičiumi ir susieti juos didelėje kvantinių savybių erdvėje. Kvantinis susipynimas gali būti naudojamas norint atrasti naujus modelius, kurių neįmanoma atrasti naudojant tradicinį klasikinį skaičiavimą.

Plaukiojantis ant kvantinio debesies

Debesis taip pat yra pagrindinė IBM kvantinio statymo dalis. Apskritai, populiarus klasikinio skaičiavimo progresas buvo perėjimas nuo pagrindinių kompiuterių prie mini kompiuterių prie asmeninių kompiuterių. XX amžiaus šeštajame dešimtmetyje žmonės turėjo prieigą prie didžiulių kompiuterių tik dideliuose kambariuose su oro kondicionieriais. Aštuntojo dešimtmečio pabaigoje ir devintajame dešimtmetyje žmonės turėjo kompiuterius savo namuose. Dešimtajame dešimtmetyje žmonės turėjo nešiojamuosius kompiuterius, kuriuos galėjo nešiotis savo krepšiuose. Šiandien mes turime kompiuterius išmaniųjų telefonų pavidalu, kuriuos nešiojamės kišenėse.

Atrodo mažai tikėtina, kad kvantiniai kompiuteriai patirs tą patį formos faktoriaus pokytį dėl kvantiniam kompiuteriui keliamų reikalavimų (pvz., itin didelio aušinimo).

„Kalbant apie [fizinį kvantinį kompiuterį] ant stalo, gal klystu, bet man neaišku, ar taip bus“, – sakė Chow. „Daugumai jūsų sukurtų sistemų, kurioms reikalingas toks kvantinės darnos lygis, nesvarbu, ar tai būtų superlaidi sistema arba įstrigusių jonų, jums reikia tam tikros infrastruktūros, kad galėtumėte juos prižiūrėti – ir ypač keičiant mastelį aukštyn."

Tačiau čia atsiranda debesų kompiuterijos sutrikimas. Debesų kompiuterija reiškia, kad vartotojai turi prieigą prie superkompiuterių galimybių, nepaisant to, ar jie yra toje pačioje fizinėje aplinkoje. Skaičiavimo galia ar saugykla nebėra apribota aparatine įranga, kuri yra ant jūsų stalo taip, kaip buvo prieš 20 metų.

„Šiandien tiek daug nuveikiama debesyje [ir] žmonės net nepastebi“, – sakė Chow. „Kiek kartų žmonės supranta, kad kažkas nėra apdorojama savaime nešiojamieji kompiuteriai ar savo telefonuose, bet kur kitur? Taip veiks kvantas virš debesies.

Tam tikru mastu tai yra kvantinė kompiuterija jau darbo. 2016 m. gegužę IBM pristatė savo Kvantinė patirtis, penkių kubitų kvantinis procesorius ir prijungtas atitikimo simuliatorius, leidžiantis vartotojams atlikti eksperimentus kvantinėje kompiuterinėje sistemoje. Iki šiol „IBM Quantum“ debesyje įdiegė 32 kvantinius procesorius, o daugiau nei 280 000 vartotojų visame pasaulyje kartu kasdien naudoja daugiau nei 1 milijardą kvantinių grandinių. Kadangi bus prieinami galingesni kvantiniai kompiuteriai, jie taip pat bus pasiekiami vartotojams per debesį.

„Turėsite problemų, kurios natūraliai išsprendžiamos naudojant geriausius metodus, kuriuos žinome tradiciniuose kompiuteriuose“, - sakė Chow. „Tačiau taip pat yra šių problemų dalių, kurios šiandien yra pernelyg sudėtingos, kad būtų išspręstos (net su didelio našumo skaičiavimo sistemomis), kurios gali būti tinkamos kvantiniams kompiuteriams.

Ne, greitai (jei kada nors) nenaudosite „Excel“ skaičiuoklės kvantiniame kompiuteryje. Klasikiniai kompiuteriai gali puikiai paleisti „Excel“. Tačiau kai kurios programų tikrai galėtų panaudoti kvantines galimybes, pavyzdžiui, šifravimui ar geresniam mašininiam mokymuisi. Gali būti net keletas žavingesnių nerimtų pavyzdžių. Pavyzdžiui, Jamesas Woottonas, kitas IBM inžinierius, tam naudoja kvantinį skaičiavimą atsitiktinis reljefo generavimas kompiuteriniuose žaidimuose. Ar kada svajojote apie žaidimą, kuris kiekvieną kartą, kai žaidžiate, galėtų visiškai persikonfigūruoti neįsivaizduojamai? Quantum yra jūsų atsakymas.

Hibridinis modelis

„Štai ką mes turime omenyje hibridinio debesų skaičiavimo modeliu“, - sakė Chow. „Turėsite savo probleminį darbo krūvį, kuris bus įtrauktas į kompiuterį, o tinkamos dalys pateks į klasikinį kompiuterį, o kitos dalys – į kvantinį kompiuterį. Tada išeina sprendimas. Tai vaizdas, kurį galite įsivaizduoti ateityje. [Quantum is] nėra [klasikinių kompiuterių] pakaitalas, bet jie tikrai veiks kartu.

IBM neįsipareigs tiksliai nurodyti, kada tiksliai pristatys savo milijono kubitų kompiuterį – ar, šiuo atveju, kada bus baigtas jo „Goldenyeye“ šaldytuvas. Tačiau gana aišku, kad jos įsitikinimas, kad kvantinė kompiuterija pakeis žaidimą.

A Įrašas, parašytas IBM tinklaraščiui šių metų pradžioje, Jay Gambetta, IBM bendradarbis ir kvantinių skaičiavimų viceprezidentas, palygino naujos kartos IBM kvantinius kompiuterius su „Apollo“ misijomis, kurios baigėsi Mėnulyje. Tai gana palyginimas. Jis taip pat gali būti tikslus.

Čia 2020 m., su perspektyva a jaunaties nusileidimas stulbinančiai arčiau nei buvo per dešimtmečius, tai skamba kaip daug optimistiškesnis palyginimas, nei galėjo būti net prieš kelerius metus. Turėtų būti verta laukti.

Redaktorių rekomendacijos

• Dirbtinis intelektas galėtų pakeisti apie 7 800 darbo vietų IBM, kaip įdarbinimo pauzės dalį
• JK laboratorijoje, kuri jungia smegenis su kvantiniais kompiuteriais
• IBM naujasis 127 kubitų procesorius yra didelis laimėjimas kvantinio skaičiavimo srityje
• Kurdami kvantinį skaičiavimą, mokslininkai sukuria „trūkstamą dėlionės dalį“.
• IBM prezidentas patvirtina, kad lustų trūkumas tęsis „kelerius metus“.