IBM Q prinaša moč kvantnega računalništva ljudem, ki ga lahko dejansko uporabljajo

Verjetno sami nikoli ne boste uporabljali kvantne strojne opreme, vendar obstaja velika verjetnost, da vam bodo koristile raziskave, ki jih brez nje ne bi bilo mogoče dokončati. Enice in ničle običajnih računalnikov nikoli ne bi mogle doseči takšne obdelave, kot jo je zmožno kvantno računalništvo.

Možnosti so neomejene, vendar obstaja ena pomembna ovira: če ljudje dejansko nimajo dostopa do kvantnih računalnikov, je tehnologija komaj kaj več kot zanimiv znanstveni projekt. Če računalničarji, akademski raziskovalci in drugi nimajo dostopa do strojne opreme, področje ne bo nikoli naredilo naslednjega koraka naprej.

IBM-ov odgovor na to težavo je a platformo v oblaku, imenovano IBM Q. Odkar je bil program predstavljen maja 2016, je uporabnikom omogočil uporabo kvantnega računanja brez neposrednega dostopa do kvantnega računalnika.

Strojne opreme same morda ni v izobilju – a zahvaljujoč IBM Q, je vseprisoten.

Kvantna zgradba

Spoznal sem Boba Sutorja, podpredsednika za strategijo in ekosistem IBM Q, na natrpanem razstavnem prostoru na konferenci IBM Think aprila. Stali smo nekaj centimetrov stran od kriostata, dela kompleksne arhitekture, ki omogoča kvantno računanje.

"Prava kvantna naprava, kubiti, živi tukaj," mi je rekel Sutor in pokazal na majhen predelek na dnu strukture. »To se ohranja zelo blizu absolutne ničle. 0,015 kelvina. To je malenkost nad absolutno ničlo, kjer se nič ne premakne.«

Hlajenje je pogost dejavnik med številnimi projekti kvantnega računalništva v zadnjem desetletju. Nizke temperature olajšajo vzdrževanje okolja, kjer lahko pride do zapletov. To je eden največjih izzivov, s katerimi se soočajo znanstveniki in inženirji, ki delajo na tem področju: kako lahko okolico naredimo dovolj hladno, da bo strojna oprema delovala, kot je predvideno.

Medtem ko najhladnejši del kriostata skoraj doseže absolutno ničlo, ima vrh strukture razmeroma prijetne štiri stopinje kelvina. Vsak del postaja postopoma hladnejši od zgoraj navzdol, proces, ki očitno traja skupno 36 ur. Sutor ga označuje kot "poveličano destilarno", pri čemer se nanaša na način, kako se helij uporablja za izvedbo procesa destilacije, ki odvaja toploto.

Lažna strojna oprema

Ko mi Sutor govori o tej kompleksni strojni opremi, priznava, da se ta poseben primer dejansko ne uporablja za izvajanje izračunov kot del platforme IBM Q.

Pove mi, da so kubiti ponarejeni – "zakaj bi dali enega od naših najsodobnejših čipov v nekaj, kar samo tava naokoli?" – in da je sam kriostat malo bolj "robusten" kot pravi McCoy, da zagotovi, da med stiskanjem ne razpade na koščke turneja.

Že leta pokrivamo kvantno računalništvo za Digital Trends in še vedno je bilo fascinantno videti strojno opremo "v telesu", čeprav je bila v resnici le replika. Toda dejstvo, da IBM čuti potrebo po fizični predstavitvi svojih kvantnih prizadevanj, govori veliko o trenutnem statusu te tehnologije.

Dolga leta je bilo kvantno računalništvo komaj kaj več kot "kaj-če?", ki je navduševalo računalniške znanstvenike. Potem je bil poskus. Zdaj zaseda nenavadno nikogaršnjo zemljo in ponuja neposredno uporabnost za raziskovalce še pred obljubo univerzalni kvantni računalnik velikega obsega je bila izpolnjena. Kljub temu je to še vedno razmeroma nišna tehnologija, čeprav si IBM po svojih najboljših močeh prizadeva, da bi bila dostopna.

Področje kvantnega računalništva se razvija z izjemno hitrostjo, vendar je še dolga pot, preden doseže svoj potencial. Del izziva je sam obseg uresničitve teh idej.

Sam koncept je zahteval precejšnjo mero podlage v eksperimentalni fiziki, da bi lahko začel. To delo je bilo treba podpreti z inženirskimi podvigi – na primer zvite žice, ki jih vidite na slikah, ki ponazarjajo to člen so bili izvedeni, da preprečijo, da bi se strojna oprema razbila na koščke, ko temperatura pade in kovina pogodbe. Trenutno obstaja zastrašujoča naloga razvoja ekosistema okoli tehnologije.

Podjetje z maso IBM-a je potrebovalo, da je nekaj, kar bi zlahka končalo kot znanstveni projekt, spremenilo v tehnologijo, ki je uporabna in praktična. Toda zdaj je veliko temeljnega dela je že zaključen, je poseben poudarek na tem, kako narediti to strojno opremo dostopno, skupaj s prizadevanji za nadaljnje postopne izboljšave.

Delo od doma

"Pred nekaj leti je bil to fizikalni projekt," je povedal Jerry Chow, vodja IBM-ove skupine za eksperimentalno kvantno računalništvo, ki je govoril za Digital Trends na konferenci Think. »To je bilo nekaj, za kar si moral biti v laboratoriju. Objava na spletu je bil prvi korak.«

Ugotavlja, da je bil del namena oddaljenega dostopa, ponujenega prek platforme IBM Q, skriti del osnovne fizike. Uporabnikom ni nujno, da vedo, kaj prispeva postopek hlajenja - ali kako deluje superprevodni procesor. Nezmožnost popolnega razumevanja inženiringa kvantnega računalnika ni ovira za vstop.

To se morda zdi očitno, saj večina od nas uporablja naprave, kot so pametni telefoni in prenosniki vsak dan, ne da bi vedeli, kaj je pod pokrovom. Razlika je v tem, da je operativna kvantna strojna oprema v primerjavi s tem neverjetno redka.

Pomanjkanje financ ali tehničnega znanja lahko briljantnim raziskovalcem in izstopajočim študentom prepreči uporabo kvantnega računalnika za opravljanje pomembnega dela. Toda IBM Q zagotavlja, da imajo ti posamezniki pot do strojne opreme, ki jo potrebujejo.

Tukaj ne govorimo zgolj o prihodnjem potencialu. Chow mi je povedal, da je 75.000 uporabnikov izvedlo več kot 2,5 milijona poskusov na platformi IBM Q, pri čemer je bilo kot rezultat objavljenih približno 60 raziskovalnih člankov. »Obstaja papir iz Japonske o prepletanju 16 kubitov in kako bi to dejansko naredili,« pravi Sutor. "To je bilo prvič, da je kdo to dejansko naredil na tej vrsti stroja."

Ko je zamisel o kvantnih računalnikih prvič prišla v javnost, je bilo eno najpogostejših vprašanj ljudi, kdaj lahko pričakujejo, da bo tak sistem nadomestil njihov osebni računalnik. Strokovnjaki so odgovorili, da zaenkrat ni jasno, ali bi tovrstna strojna oprema nudila kakšne oprijemljive prednosti pred klasičnimi računalniki.

Torej ne bi smeli pričakovati, da bomo videli kvantni računalnik v vsaki domači pisarni – toda zdaj se zdi, da ga kratkoročno ne bi smeli pričakovati niti v vsakem računalniškem laboratoriju. V naši medsebojno povezani dobi iz tega sledi, da najsodobnejša tehnologija ne bo množično uvedena, dokler ne bodo odpravljene vse zanke.

»Model za kratkoročno porabo kvantuma je ta vrsta dostopa do oblaka,« ugotavlja Chow. Zaenkrat se zdi, da je dostop do kvantne strojne opreme na daljavo najučinkovitejši pristop.

IBM daje svojo strojno opremo v roke ljudem, ki lahko zdaj najdejo praktično uporabo, kar bo zagotovo oblikovalo nadaljnji razvoj kvantnega računalništva.

Hkrati narava platforme IBM Q pomeni, da je mogoče pridobljene izkušnje zelo hitro spremeniti v izboljšave, ki koristijo dolžini in širini baze uporabnikov.

Kaj ima IBM od tega, da svojo strojno opremo da na voljo uporabnikom, ki sicer ne bi mogli delati s kvantnim računalnikom? No, vse učenje iz uporabe kvantne strojne opreme bi bilo razpršeno po številnih laboratorijih. Toda zahvaljujoč IBM Q se zdaj vse vrača v lasten projekt. Ne pričakujte, da se bo napredek kmalu upočasnil.

Priporočila urednikov

• RTX 4090 je že razprodan. Evo, kako ga lahko še vedno dobite
• Znotraj laboratorija v Združenem kraljestvu, ki povezuje možgane s kvantnimi računalniki
• Raziskovalci ustvarjajo "manjkajoči kos sestavljanke" pri razvoju kvantnega računalništva
• Spoznajte Silq: prvi intuitivni programski jezik za kvantne računalnike
• Honeywell dela preskok s termostatov na kvantne računalnike