ИБМ-ов амбициозни план квантног рачунара од милион кубита

ИБМ, једна од најстаријих светских технолошких компанија, гради фрижидер. То, само по себи, није без преседана. Друге технолошке компаније имају раније изграђени фрижидери. ЛГ продаје импресиван паметни фрижидер ЛГ ИнстаВиев врата-у-врату повезан са Ви-Фи мрежом. Самсунг, још један глобални произвођач уређаја, прави одличан РФ23Ј9011СР 4-Доор Флек са функцијом Повер Цоол.

Али ИБМ-ов фрижидер (још у развоју) је другачији. У ствари, веома различите. Биће огроман за једну ствар: висок 10 стопа и широк 6 стопа. Такође ће бити незамисливо хладно, око 15 миликелвина, или -459 Фаренхајта, што је хладније од свемира. Такође је добио име по филму о Џејмсу Бонду, Златно око.

Међутим, највећа разлика између њега и вашег уобичајеног кухињског фрижидера је његов планирани садржај. Не очекујте уграђени држач за јаја, фиоке за поврће и простор за ваш сезонски јаја. Уместо тога, биће дом за први квантни рачунар на свету од 1 милион кубита - када се и он изгради.

„Да би се појавили квантни ефекти, [квантни рачунари] морају да се охладе на екстремно ниске температуре,“ Јерри Цхов, директор развоја квантног хардверског система у ИБМ-у, рекао је за Дигитал Трендс. „У ствари, сва инфраструктура која иде око себе чак и само сам процесор захтева приличну количину хлађења, посебно када га повећавате, зар не?“

Управо је овај процес повећања довео Чауа и његов тим до неизбежног закључка да је ИБМ заиста потребан да се уђе у посао расхладних уређаја - барем када је у питању сопствени квант компјутери. Као прво, постоји ограничење тренутног капацитета хлађења. Затим постоје проблеми са стварима као што су одржавање интегритета вакуума и балансирање тежине различитих компоненти потребних за хлађење. Информатичар Алан Кеј је једном рекао да компанија која се озбиљно бави софтвером треба да направи и сопствени хардвер. Можда би квантни еквивалент овога требало да буде да компанија која се озбиљно бави квантним рачунарством не само да треба да направи сопствени квантни рачунар, већ и сопствени фрижидер за његово смештање.

„Ако само урадимо скалирање позади, почећете да увиђате да у неком тренутку оно што можете да добијете од комерцијалних добављача није довољно“, рекао је Чоу. „Морате да почнете да размишљате о томе како да превазиђете [то]?“

Шта квантно рачунарство чини тако различитим, тако привлачним?

ИБМ-ов супер фрижидер је, на неком нивоу, црвена харинга. Помало је као да градите отмјену нову гаражу за Теслу коју сте испоручили. Наравно, та фенси гаражна врата са даљинским управљањем која сте инсталирали су узбудљива - али нису тхе узбудљив бит. У овој аналогији, нови Тесла Модел С или Цибертруцк је ИБМ-ов планирани квантум од милион кубита. И, под условом да ИБМ може да га направи како је планирано, биће то луд, више него достојан најсофистициранијег фрижидера на свету.

Квантне рачунаре је први пут предложио 1980-их амерички физичар Пол Бениоф, иако квантна механика на којој се заснивају датира још из прошлости. до 1920-их, када су физичари почели да примећују да одређени експерименти нису дали резултате које су предвидели користећи своје тренутно разумевање стање. Ричард Фајнман, Дејвид Дојч, Јуриј Манин и други ухватили су се идеје о квантном механичком моделу Тјурингове машине, сугеришући да се квантни рачунар може користити за симулацију ствари које се једноставно не могу симулирати путем класичног рачунара користећи класичну стање. 1994. Дан Симон је показао да квантни компјутер може бити експоненцијално бржи од класичног рачунара.

Једна од великих разлика са квантом је концепт суперпозиције. Класични рачунар може бити стање А или Б (или, бинарно речено, један или нула). Квантни рачунар може бити мешавина ова два. (То је Шредингеров мисаони експеримент са мачком у којој мачка у кутији може бити или жива, мртва или и жива и мртва истовремено.) Затим постоје и други концепти. као што су колапс, неизвесност и запетљаност, који чине квантне рачунаре веома различитим од оних које смо ти и ја одрасли на.

На исти начин на који класични рачунар ради на битовима, квантни рачунари раде на ономе што се назива кубитима. Тренутно највећи ИБМ-ов квантни рачунар има 65 кубита. До 2023. жели да направи један са 1.000 кубита. И нешто после тога — датума на који се компанија неће обавезати, али који је свакако на њеној мапи пута — направиће машину од милион кубита.

Скок са 65 кубита на милион кубита је прави скок. Али рачунарство, чак и класично рачунарство, показало се да је прилично добро када су у питању експоненцијални скокови. Муров закон наводи да се број транзистора који могу да стану на плочу удвостручује отприлике сваке две године. Најближа ствар коју квантум има Муровом закону је оно што се назива Роузов закон, који је формулисао Џорди Роуз 2002. Роузов закон каже да се број кубита у квантном рачунару удвостручује сваких неколико година.

У поређењу са Муровим законом, импликације Роузовог закона су вероватно још дубље јер, како Питер Дијамандис и Стивен Котлер примећују у својој књизи Будућност је бржа него што мислите: како конвергентне технологије трансформишу пословање, индустрије и наше животе, кубити у суперпозицији имају далеко већу снагу од бинарних битова у транзисторима.

Пошто „више“ није увек једнако „боље“, једно од ИБМ-ових концептуалних подешавања овог појма заснива се на нијансиранијем концепту онога што ИБМ назива квантним волуменом. „Не ради се само о скалирању физичког броја кубита“, рекао је Чоу. „На крају, ради се и о броју кубита и о томе колико добро раде; колико велико коло заправо можете да покренете на том хардверу пре него што се кубити декохерују и ваше квантне информације нестану. Квантни волумен је таква метрика."

Шта очекивати када очекујете квантне рачунаре

„Све што називамо стварним“, рекао је Ниелс Бор, један од оснивача квантне механике, „сачињено је од ствари које се не могу сматрати стварним. С обзиром на премису квантне суперпозиције, можда је прикладно да квантни рачунари данас постоје у чудном сумрачном свету овде, а не овде. ИБМ је само једна од компанија која је направила функционалне квантне рачунаре (Гоогле, Баиду, Амазон су нека од других великих имена.) Постоје квантне алгоритме, такође - у неким случајевима, оне које још увек не могу ефикасно да се покрену на квантним рачунарима које су људи направили.

Па ипак, уз све доказе концепата и разлога за узбуђење, поштено је рећи да свет још није почео да се приближава искориштавању огромне моћи квантног рачунарства. „Шта [квантно рачунарство] подразумева у смислу стварних апликација још увек није у потпуности познато“, рекао је Чоу.

Неки од најузбудљивијих потенцијалних случајева употребе - било да се ради о рачунарској хемији, финансијама моделирање, сајбер безбедност и криптовалута, или напредно предвиђање — остају духови у кванту машина. Бар за сада.

Зашто је ИБМ фокусиран на квантно рачунање? „Наш фокус је на томе како испоручујемо будућност рачунарства“, рекао је Чоу. Квант је незаобилазан део те будућности.

Квантно рачунарство је једна од три ИБМ-ове велике опкладе за будућност. Ово свето тројство будућих технологија чине квантно рачунарство, вештачка интелигенција и облак. Али ово нису појединачне опкладе као што би био случај да своју уштеђевину уложите у три перспективна стартупа, верујући да један од њих тројице има шансу да постане једнорог, што ће више него надокнадити све губитке које је претрпео друга два.

Куантум би, на пример, могао да промени игру за АИ. Нема сумње да је вештачка интелигенција — и, тачније, Машинско учење — уживао је у запањујућем напретку користећи класичну рачунарску архитектуру. Али квантум обећава да ће ствари још више убрзати. Квантне верзије тренутних алгоритама машинског учења (или, вероватније, потпуно нове, много брже алтернативе) биће у стању да спроведе огроман А.И. прорачуни су знатно бржи стопа. Они ће бити у стању да се носе са запањујућим бројем димензија које произилазе из података и мапирају их у великом простору квантних карактеристика. Квантна запетљаност би се могла користити за откривање нових образаца који се не могу открити традиционалним класичним рачунарством.

Лебде на квантном облаку

Облак је такође основни део ИБМ-ове квантне опкладе. Уопштено говорећи, популарна прогресија класичног рачунарства била је прелазак са мејнфрејма на мини рачунаре на персоналне рачунаре. Током 1950-их, људи су имали приступ огромним рачунарима само у великим, климатизованим просторијама. До касних 1970-их и 80-их, људи су имали компјутере у својим домовима. До 1990-их људи су имали лаптоп рачунаре које су могли да носе у торбама. Данас имамо рачунаре у облику паметних телефона које носимо у џеповима.

Мало је вероватно да ће квантни рачунари доживети исту промену у фактору форме због захтева (као што је екстремно хлађење) за квантни рачунар.

„Што се тиче [имати физички квантни рачунар] на свом столу, можда грешим, али није ми јасно да ли ће то бити случај“, рекао је Чоу. „Већина система које градите захтевају овај ниво квантне кохерентности, било да је у питању суправодљиви систем или заробљени јони, сви захтевају прилично инфраструктуру да бисте их одржавали — а посебно док се повећавате горе.”

Али ту долази до изражаја поремећај рачунарства у облаку. Рачунарство у облаку значи да корисници имају приступ могућностима суперрачунара без обзира да ли се налазе у истој физичкој близини. Рачунарска снага или складиштење више нису ограничени на хардвер који је доступан на вашем столу на начин на који је био пре 20 година.

„Толико тога се данас ради преко облака [а] људи то и не примећују“, рекао је Чоу. „Колико пута људи схвате да се нешто не обрађује самостално лаптоп рачунари или на сопственим телефонима, али негде другде? Тако ће квант над облаком функционисати."

То је, у одређеној мери, колико је квантно рачунарство већ рад. У мају 2016. ИБМ је лансирао свој Квантно искуство, квантни процесор од пет кубита и повезани симулатор подударања који омогућава корисницима да изводе експерименте на квантном рачунарском систему. До данас, ИБМ Куантум је поставио 32 квантна процесора у облаку, са више од 280.000 корисника широм света који заједно користе више од милијарду квантних кола дневно. Како моћнији квантни рачунари буду доступни, и они ће бити доступни корисницима преко облака.

„Имаћете проблеме који се природно решавају коришћењем најбољих техника које познајемо у традиционалним рачунарима“, рекао је Чоу. „Али постоје и делови ових проблема који су данас превише сложени за решавање [чак и са рачунарским системима високих перформанси] који би могли бити погодни за квантне рачунаре.

Не, у скорије време нећете покретати своју Екцел табелу на квантном рачунару (ако икада). Класични рачунари могу добро да покрећу Екцел. Али делови апликација би сигурно могли да искористе квантне могућности, било за ствари попут шифровања или бољег машинског учења. Могло би бити чак и неких фасцинантно неозбиљних примера. На пример, Јамес Вооттон, још један ИБМ-ов инжењер, користи квантно рачунарство насумично генерисање терена у оквиру компјутерских игара. Да ли сте икада сањали о игри која би се могла потпуно реконфигурисати сваки пут када играте до незамисливог степена? Куантум је ваш одговор.

Хибридни модел

„Ово је оно што подразумевамо под рачунарским моделом хибридног облака“, рекао је Чоу. „Имаћете свој проблем посла који се преноси у рачунар и прави делови иду класичном рачунару, а други делови квантни рачунар. Онда излази решење. То је слика коју можете замислити у будућности. [Квант је] није замена [за класичне рачунаре], али ће сигурно радити руку под руку.

ИБМ се неће обавезати на то када ће тачно испоручити свој милион кубит рачунара - или, у том случају, када ће његов фрижидер Голденеие бити готов. Али прилично је јасно његово уверење да ће квантно рачунарство променити игру.

У а пост написан за ИБМ-ов блог раније ове године, Јаи Гамбетта, ИБМ колега и потпредседник за квантно рачунарство, упоредио је следећу генерацију ИБМ квантних рачунара са мисијама Аполо које су резултирале слетањем на Месец. То је право поређење. Такође може бити тачно.

Овде 2020. године, са перспективом а слетање на нови месец примамљиво ближе него што је било деценијама, то звучи као много оптимистичније поређење него што је можда било пре само неколико година. Требало би да буде вредно чекања.

Препоруке уредника

• АИ би могао да замени око 7.800 послова у ИБМ-у као део паузе запошљавања
• Унутар британске лабораторије која повезује мозгове са квантним рачунарима
• ИБМ-ов нови процесор од 127 кубита је велики напредак у квантном рачунарству
• Истраживачи стварају „комад слагалице који недостаје“ у развоју квантног рачунарства
• Председник ИБМ-а потврђује да ће недостатак чипа трајати још „неколико година“.