IBM vērienīgais miljonu kubitu kvantu datoru plāns

IBM, viens no pasaulē vecākajiem tehnoloģiju uzņēmumiem, būvē ledusskapi. Tas pats par sevi nav bezprecedenta gadījums. Citiem tehnoloģiju uzņēmumiem ir pirms tam būvējuši ledusskapjus. LG pārdod iespaidīgo, ar Wi-Fi savienojumu savienoto LG InstaView Door-in-Door viedo ledusskapi. Samsung, vēl viens globāls ierīču ražotājs, ražo lielisko RF23J9011SR 4-Door Flex ar Power Cool funkciju.

Bet IBM ledusskapis (joprojām tiek izstrādāts) ir atšķirīgs. Patiesībā ļoti atšķirīgs. Tas būs milzīgs vienai lietai: 10 pēdas garš un 6 pēdas plats. Tas būs arī neiedomājami auksts, ap 15 milikelviniem jeb -459 Fārenheita, kas ir vēsāks nekā kosmosā. Tas ir arī nosaukts pēc Džeimsa Bonda filmas Goldeneye.

Tomēr lielākā atšķirība starp to un jūsu moderno virtuves ledusskapi ir tā plānotais saturs. Negaidiet, ka jums būs iebūvēts olu turētājs, dārzeņu atvilktnes un vieta jūsu sezonas olu riekstiem. Tā vietā tas būs mājvieta pasaulē pirmajam 1 miljona kubitu kvantu datoram — tiklīdz arī tas būs uzbūvēts.

"Lai parādītos kvantu efekti, [kvantu datori] ir jāatdzesē līdz ārkārtīgi zemai temperatūrai." Džerijs Čovs, IBM Quantum Hardware System Development direktors, pastāstīja Digital Trends. "Patiesībā visai infrastruktūrai, kas iet apkārt pat tikai pašam procesoram, ir nepieciešams pietiekami daudz dzesēšanas, it īpaši, ja to palielinat, vai ne?"

Tas bija šis palielināšanas process, kas Čau un viņa komandu noveda pie neizbēgama secinājuma, ka IBM patiešām bija jāiesaistās saldēšanas biznesā — vismaz tad, ja runa ir par tā kvantitāti datori. Pirmkārt, pašreizējā dzesēšanas jauda ir ierobežota. Tad rodas problēmas ar tādām lietām kā vakuuma integritātes saglabāšana un dažādu dzesēšanai nepieciešamo komponentu svara līdzsvarošana. Datorzinātnieks Alans Kejs reiz teica, ka uzņēmumam, kas nopietni domā par programmatūru, vajadzētu arī izveidot savu aparatūru. Iespējams, ka kvantu ekvivalentam vajadzētu būt tam, ka uzņēmumam, kas nopietni nodarbojas ar kvantu skaitļošanu, vajadzētu ne tikai izveidot savu kvantu datoru, bet arī savu ledusskapi, kurā to ievietot.

"Ja mēs vienkārši veicam aploksnes aizmugurējo mērogošanu, jūs sākat redzēt, ka kādā brīdī tas, ko varat iegūt no komerciālajiem pārdevējiem, ir nepietiekams," sacīja Čovs. "Jums jāsāk domāt par to, kā jūs virzāties tālāk par [to]?"

Kas padara kvantu skaitļošanu tik atšķirīgu, tik pievilcīgu?

IBM super ledusskapis zināmā mērā ir sarkanā siļķe. Tas ir mazliet kā jaunas, greznas garāžas celtniecība jūsu piegādātajai Teslai. Protams, jūsu uzstādītās greznās tālvadības pults garāžas durvis ir aizraujošas, taču tā nav uz aizraujošs mazliet. Šajā analoģijā jaunais Tesla Model S vai Cybertruck ir IBM plānotais viena miljona kubitu kvants. Un, ja IBM spēs to uzbūvēt, kā plānots, tas būs slikts, vairāk nekā pasaulē izsmalcinātākā ledusskapja cienīgs.

Kvantu datorus pirmo reizi 1980. gados ierosināja amerikāņu fiziķis Pols Beniofs, lai gan kvantu mehānika, uz kuras tie ir balstīti līdz 20. gadsimta 20. gadiem, kad fiziķi sāka pamanīt, ka daži eksperimenti nesniedza rezultātus, ko viņi bija paredzējuši, izmantojot savu pašreizējo izpratni par fizika. Ričards Feinmens, Deivids Deutsch, Jurijs Manins un citi izmantoja ideju par Tjūringa mašīnas kvantu mehānisko modeli, ierosinot ka kvantu datoru varētu izmantot, lai simulētu lietas, kuras vienkārši nevar simulēt ar klasisko datoru, izmantojot klasisko fizika. 1994. gadā Dens Saimons parādīja, ka kvantu dators varētu būt eksponenciāli ātrāk nekā klasiskais dators.

Viena no lielākajām atšķirībām ar kvantu ir superpozīcijas jēdziens. Klasiskais dators var būt A vai B stāvoklis (vai, bināros terminos, viens vai nulle). Kvantu dators var būt abu sajaukums. (Tas ir Šrēdingera kaķa domu eksperiments kurā kaķis kastē varētu būt vai nu dzīvs, miris vai gan dzīvs, gan miris vienlaicīgi.) Tad ir arī citi jēdzieni. piemēram, sabrukums, nenoteiktība un sapīšanās, kas padara kvantu datorus ļoti atšķirīgus no tiem, ar kuriem jūs un es uzaugām. ieslēgts.

Tādā pašā veidā, kā klasiskais dators darbojas ar bitiem, kvantu datori darbojas ar tā dēvētajiem kubitiem. Pašlaik IBM lielākajam kvantu datoram ir 65 kubiti. Līdz 2023. gadam tā vēlas izveidot tādu ar 1000 kubitiem. Un kādu laiku pēc tam — datumu, kuru uzņēmums neapņemsies ievērot, bet kas noteikti ir tā ceļvedī — tas uzbūvēs 1 miljona kubitu mašīnu.

Pārlēkt no 65 kubitiem uz miljonu kubitu ir diezgan liels lēciens. Bet skaitļošana, pat klasiskā skaitļošana, izrādās diezgan laba, ja runa ir par eksponenciāliem lēcieniem. Mūra likums norāda, ka tranzistoru skaits, ko var ievietot shēmas plates, dubultojas aptuveni ik pēc diviem gadiem. Mūra likumam kvantam tuvākais ir tas, ko dēvē par Rozes likumu, ko Džordijs Rouzs formulēja 2002. gadā. Rozes likums nosaka, ka kubitu skaits kvantu datorā dubultojas ik pēc pāris gadiem.

Salīdzinot ar Mūra likumu, Rozes likuma sekas, iespējams, ir vēl dziļākas, jo, kā savā grāmatā atzīmē Pīters Diamandis un Stīvens Kotlers Nākotne ir ātrāka, nekā jūs domājat: kā saplūstošās tehnoloģijas pārveido biznesu, nozares un mūsu dzīvi, superpozīcijas kubitiem ir daudz lielāka jauda nekā binārajiem bitiem tranzistoros.

Tā kā “vairāk” ne vienmēr ir “labāks”, viens no IBM šī jēdziena konceptuālajiem uzlabojumiem ir balstīts uz niansētāku jēdzienu, ko IBM sauc par kvantu apjomu. "Tas nav tikai par kubitu fiziskā skaita mērogošanu," sacīja Čovs. “Galu galā runa ir gan par kubitu skaitu, gan par to, cik labi tie darbojas; cik lielu ķēdi jūs faktiski varat darbināt ar šo aparatūru, pirms kubiti atdalās un jūsu kvantu informācija pazūd. Kvantu tilpums ir šāds rādītājs.

Ko sagaidīt, kad gaidāt kvantu datorus

"Viss, ko mēs saucam par īstu," sacīja Nīls Bors, viens no kvantu mehānikas pamatlicējiem, "ir izgatavots no lietām, kuras nevar uzskatīt par īstām." Ņemot vērā kvantu superpozīcijas pieņēmumu, iespējams, ir pareizi, ka kvantu datori mūsdienās eksistē dīvainā krēslas pasaulē šeit, nevis šeit. IBM ir tikai viens no uzņēmumiem, kas ir izveidojis funkcionējošus kvantu datorus (Google, Baidu un Amazon ir daži no citiem lielajiem nosaukumiem). arī kvantu algoritmi — dažos gadījumos tādi, kurus vēl nevar efektīvi palaist cilvēku izveidotajos kvantu datoros.

Un tomēr, neskatoties uz visiem jēdzienu pierādījumiem un satraukuma cēloņiem, ir godīgi teikt, ka pasaule vēl nav sākusi pietuvoties kvantu skaitļošanas milzīgās jaudas izmantošanai. "Tas, ko [kvantu skaitļošana] ietver faktisko lietojumu ziņā, joprojām nav pilnībā zināms," sacīja Čovs.

Daži no aizraujošākajiem potenciālajiem izmantošanas gadījumiem — neatkarīgi no tā, vai tā ir skaitļošanas ķīmija vai finanšu modelēšana, kiberdrošība un kriptovalūta vai uzlabota prognozēšana — lai paliek spoki mašīna. Pagaidām vismaz.

Kāpēc IBM koncentrējas uz kvantu skaitļošanu? "Mēs koncentrējamies uz to, kā mēs nodrošinām skaitļošanas nākotni," sacīja Čovs. Kvanti ir šīs nākotnes neizbēgama sastāvdaļa.

Kvantu skaitļošana ir viena no trim lielajām IBM likmēm nākotnei. Šo nākotnes tehnoloģiju svēto trīsvienību veido kvantu skaitļošana, mākslīgais intelekts un mākonis. Taču tās nav individuālas likmes, kā tas būtu gadījumā, ja jūs ieguldītu savus ietaupījumus trīs daudzsološos jaunuzņēmumos, ticot, ka vienam no trim ir iespēja kļūt par vienradzi, kas vairāk nekā kompensēs visus zaudējumus, kas radušies pārējās divas.

Piemēram, Quantum varētu mainīt A.I. Nav šaubu, ka mākslīgais intelekts un, jo īpaši, mašīnmācība — ir baudījis pārsteidzošus sasniegumus, izmantojot klasisko skaitļošanas arhitektūru. Bet kvants sola lietas vēl vairāk paātrināt. Pašreizējo mašīnmācīšanās algoritmu kvantu versijas (vai, visticamāk, pilnīgi jaunas, daudz ātrākas alternatīvas) varēs veikt milzīgu uz datiem balstītu A.I. aprēķini ievērojami ātrāk likme. Viņi spēs apstrādāt prātam neaptveramu dimensiju skaitu, kas rodas no datiem, un kartēt tos lielajā kvantu funkciju telpā. Kvantu sapīšanās var tikt izmantota, lai atklātu jaunus modeļus, kurus nevar atklāt ar tradicionālo klasisko skaitļošanu.

Peld uz kvantu mākoņa

Mākonis ir arī būtiska IBM kvantu likmes sastāvdaļa. Vispārīgi runājot, populārā klasiskās skaitļošanas attīstība bija pāreja no lieldatoriem uz minidatoriem uz personālajiem datoriem. 1950. gados cilvēkiem bija pieejami milzīgi datori tikai lielās telpās ar gaisa kondicionētāju. 70. gadu beigās un 80. gados cilvēku mājās bija datori. Deviņdesmitajos gados cilvēkiem bija klēpjdatori, kurus viņi varēja nēsāt somās. Mūsdienās mums ir datori viedtālruņu veidā, kurus nēsājam kabatās.

Šķiet maz ticams, ka kvantu datori piedzīvos tādas pašas formas faktora izmaiņas kvantu datora prasību (piemēram, ārkārtējas dzesēšanas) dēļ.

"Saistībā ar [fizisku kvantu datoru] uz jūsu galda es varu kļūdīties, taču man nav skaidrs, vai tas tā būs," sacīja Čovs. "Lielākajai daļai jūsu izveidoto sistēmu, kurām nepieciešams šāds kvantu saskaņotības līmenis, neatkarīgi no tā, vai tā ir supravadītāja sistēma vai iesprostoti joni, tiem visiem ir nepieciešama pietiekama infrastruktūra, lai jūs tos uzturētu — un jo īpaši, ja veicat mērogošanu uz augšu.”

Bet šeit parādās mākoņdatošanas traucējumi. Mākoņdatošana nozīmē, ka lietotājiem ir piekļuve superdatoru iespējām neatkarīgi no tā, vai viņi atrodas vienā un tajā pašā fiziskajā tuvumā. Aprēķinu jauda vai krātuve vairs nav ierobežota ar aparatūru, kas ir pieejama uz jūsu galda tāpat kā pirms 20 gadiem.

"Tik daudz šodien tiek darīts mākoņos [un] cilvēki to pat nepamana," sacīja Čovs. "Cik reizes cilvēki saprot, ka kaut kas netiek apstrādāts pats par sevi portatīvie datori vai savos telefonos, bet kaut kur citur? Tā darbosies kvants virs mākoņa.

Zināmā mērā tas ir kvantu skaitļošanas veids jau strādājot. 2016. gada maijā IBM uzsāka savu Kvantu pieredze, piecu kubitu kvantu procesors un savienots atbilstības simulators, kas lietotājiem ļauj veikt eksperimentus kvantu datorsistēmā. Līdz šim IBM Quantum ir izvietojis 32 kvantu procesorus mākonī, un vairāk nekā 280 000 lietotāju visā pasaulē kopā katru dienu izmanto vairāk nekā 1 miljardu kvantu shēmu. Tā kā ir pieejami jaudīgāki kvantu datori, arī tie būs pieejami lietotājiem, izmantojot mākoni.

"Jums būs problēmas, kuras dabiski tiek atrisinātas, izmantojot labākās metodes, ko mēs zinām tradicionālajos datoros," sacīja Čovs. "Taču ir arī šo problēmu daļas, kuras mūsdienās ir pārāk sarežģītas, lai tās atrisinātu [pat augstas veiktspējas skaitļošanas sistēmām] un kuras varētu būt piemērotas kvantu datoriem."

Nē, jūs drīz (ja kādreiz) nedarbosit savu Excel izklājlapu kvantu datorā. Klasiskie datori lieliski var palaist programmu Excel. Taču lietojumprogrammu daļas noteikti varētu izmantot kvantu iespējas, piemēram, šifrēšanai vai labākai mašīnmācībai. Varētu būt pat daži aizraujošāk vieglprātīgāki piemēri. Piemēram, Džeimss Vūtons, cits IBM inženieris, izmanto kvantu skaitļošanu nejauša reljefa ģenerēšana datorspēlēs. Vai esat kādreiz sapņojis par spēli, kas varētu pilnībā pārveidoties katru reizi, kad spēlējat neiedomājami lielā mērā? Quantum ir jūsu atbilde.

Hibrīda modelis

"Tas ir tas, ko mēs domājam ar hibrīda mākoņa skaitļošanas modeli," sacīja Čovs. “Jums būs jūsu problemātiskā darba slodze, kas tiks ievadīta datorā, un pareizās daļas tiks izmantotas klasiskajā datorā, bet pārējās daļas nonāks kvantu datorā. Tad iznāk risinājums. Tas ir attēls, ko varat iedomāties nākotnē. [Quantum is] neaizstāj [klasiskos datorus], taču tie noteikti darbosies roku rokā.

IBM nenoteiks, kad tieši tas piegādās savu miljonu kubitu datoru vai, šajā gadījumā, kad tā Goldeneye ledusskapis tiks pabeigts. Bet ir diezgan skaidrs, ka tā uzskata, ka kvantu skaitļošana mainīs spēli.

Iekšā ziņa, kas rakstīta IBM emuāram šī gada sākumāDžejs Gambetta, IBM līdzstrādnieks un kvantu skaitļošanas viceprezidents, salīdzināja IBM nākamās paaudzes kvantu datorus ar Apollo misijām, kuru rezultātā notika nolaišanās uz Mēness. Tas ir diezgan salīdzinājums. Tas var būt arī precīzs.

Šeit 2020. gadā ar perspektīvu a jauna mēness nolaišanās vilinoši tuvāk, nekā tas ir bijis gadu desmitiem, tas izklausās pēc daudz optimistiskāka salīdzinājuma, nekā tas varētu būt bijis pirms dažiem gadiem. Tam vajadzētu būt gaidīšanas vērts.

Redaktoru ieteikumi

• AI varētu aizstāt aptuveni 7800 darbavietas uzņēmumā IBM kā daļu no darbā pieņemšanas pārtraukuma
• Apvienotās Karalistes laboratorijā, kas savieno smadzenes ar kvantu datoriem
• IBM jaunais 127 kubitu procesors ir nozīmīgs sasniegums kvantu skaitļošanā
• Pētnieki kvantu skaitļošanas attīstībā rada "trūkstošu finierzāģa gabalu".
• IBM prezidents apstiprina, ka mikroshēmu deficīts ilgs vēl "dažus gadus".