IBM'in İddialı Milyon Kubitlik Kuantum Bilgisayar Planı

Dünyanın en eski teknoloji şirketlerinden biri olan IBM, bir buzdolabı üretiyor. Bu kendi başına eşi benzeri görülmemiş bir durum değil. Diğer teknoloji şirketlerinin de daha önce buzdolapları yapmıştım. LG, etkileyici Wi-Fi bağlantılı LG InstaView Kapıdan Kapıya Akıllı Buzdolabını satıyor. Başka bir global cihaz üreticisi olan Samsung, Power Cool özelliğine sahip mükemmel RF23J9011SR 4 Kapılı Flex'i üretmektedir.

Ancak IBM'in buzdolabı (hala geliştirilme aşamasındadır) farklıdır. Aslında çok farklı. Tek bir açıdan çok büyük olacak: 10 fit uzunluğunda ve 6 fit genişliğinde. Aynı zamanda hayal edilemeyecek kadar soğuk olacak, yaklaşık 15 millikelvin veya -459 Fahrenheit, yani uzaydan daha soğuk olacak. Adını aynı zamanda James Bond filmi Goldeneye'den alıyor.

Ancak sıradan mutfak buzdolabınızla arasındaki en büyük fark, planlanan içeriğidir. Yerleşik bir yumurta tutucusu, sebze çekmeceleri ve mevsimlik yumurta likörü için yer beklemeyin. Bunun yerine, inşa edildiğinde dünyanın ilk 1 milyon kübitlik kuantum bilgisayarına ev sahipliği yapacak.

"Kuantum etkilerinin ortaya çıkması için, [kuantum bilgisayarlarının] son ​​derece düşük sıcaklıklara soğutulması gerekiyor." Jerry ChowIBM'in Kuantum Donanım Sistemi Geliştirme Direktörü Digital Trends'e şunları söyledi: "Aslında, yalnızca işlemcinin kendisi bile etrafta dolaşan tüm altyapı, özellikle de ölçeği büyüttükçe oldukça fazla soğutma gerektiriyor, değil mi?"

Chow ve ekibini IBM'in şu kaçınılmaz sonuca varmasına yol açan da bu ölçek büyütme süreciydi: soğutma işine gerçekten girmeye ihtiyaç vardı - en azından kendi kuantumu söz konusu olduğunda bilgisayarlar. Öncelikle mevcut soğutma kapasitesinin bir sınırı var. Ayrıca vakum bütünlüğünü korumak ve soğutma için gereken çeşitli bileşenlerin ağırlığını dengelemek gibi konularda sorunlar ortaya çıkar. Bilgisayar bilimcisi Alan Kay bir keresinde yazılım konusunda ciddi olan şirketin kendi donanımını da üretmesi gerektiğini söylemişti. Belki de bunun kuantum eşdeğeri, kuantum hesaplama konusunda ciddi olan şirketin yalnızca kendi kuantum bilgisayarını değil, aynı zamanda onu barındıracak kendi buzdolabını da yapması gerektiği olmalıdır.

Chow, "Eğer biraz ön planda ölçeklendirme yaparsak, bir noktada ticari satıcılardan alabileceğinizin yetersiz kaldığını görmeye başlarsınız" dedi. "[Bunun] ötesine nasıl geçeceğinizi düşünmeye başlamalısınız?"

Kuantum hesaplamayı bu kadar farklı, bu kadar çekici kılan şey nedir?

IBM'in süper buzdolabı bir bakıma yanıltıcıdır. Bu biraz teslim ettiğiniz Tesla için yeni ve şık bir garaj inşa etmeye benziyor. Elbette, kurduğunuz o süslü uzaktan kumandalı garaj kapısı heyecan verici - ama değil the biraz heyecan verici. Bu benzetmede yeni Tesla Model S veya Cybertruck, IBM'in planladığı bir milyon kübitlik kuantumdur. Ve eğer IBM bunu planlandığı gibi üretebilirse, dünyanın en gelişmiş buzdolabına fazlasıyla layık, berbat bir ürün olacak.

Kuantum bilgisayarları ilk olarak 1980'lerde Amerikalı fizikçi Paul Benioff tarafından önerildi, ancak temel aldıkları kuantum mekaniği çok eskilere dayanıyor. 1920'lere kadar, fizikçiler bazı deneylerin mevcut bilim anlayışını kullanarak tahmin ettikleri sonuçları vermediğini fark etmeye başladılar. fizik. Richard Feynman, David Deutsch, Yuri Manin ve diğerleri bir Turing makinesinin kuantum mekaniksel modeli fikrini benimsediler ve şunu önerdiler: Bir kuantum bilgisayarının, klasik bir bilgisayar aracılığıyla klasik bilgisayar kullanılarak simüle edilemeyen şeyleri simüle etmek için kullanılabileceği fizik. 1994 yılında Dan Simon bir kuantum bilgisayarın olabileceğini gösterdi. klasik bir bilgisayardan katlanarak daha hızlı.

Kuantum ile en büyük farklardan biri süperpozisyon kavramıdır. Klasik bir bilgisayar ya A ya da B durumu olabilir (ya da ikili terimlerle bir ya da sıfır). Bir kuantum bilgisayar bu ikisinin bir karışımı olabilir. (İşte Schrödinger'in kedisi düşünce deneyi kutudaki bir kedinin hem canlı hem ölü olabileceği ya da aynı anda hem canlı hem de ölü olabileceği bir durum.) Ayrıca başka kavramlar da var Kuantum bilgisayarlarını sizin ve benim büyüdüğümüz bilgisayarlardan çok farklı kılan çökme, belirsizlik ve dolaşma gibi Açık.

Klasik bir bilgisayarın bitler üzerinde çalıştığı gibi, kuantum bilgisayarlar da kübitler olarak adlandırılan şeyler üzerinde çalışır. Şu anda IBM'in mevcut en büyük kuantum bilgisayarı 65 kübite sahiptir. 2023 yılına kadar 1.000 kübitlik bir tane inşa etmek istiyor. Ve bundan bir süre sonra (şirketin taahhüt etmeyeceği ancak yol haritasında yer alan bir tarih) 1 milyon kübitlik bir makine inşa edecek.

65 kübitten bir milyon kübite atlamak oldukça büyük bir sıçrama. Ancak üstel sıçramalar söz konusu olduğunda hesaplamanın, hatta klasik hesaplamanın bile oldukça iyi olduğu ortaya çıkıyor. Moore Yasası Bir devre kartına sığabilecek transistör sayısının yaklaşık her iki yılda bir ikiye katlandığını belirtiyor. Kuantumun Moore Yasasına en yakın olanı, 2002 yılında Geordie Rose tarafından formüle edilen ve Rose Yasası olarak adlandırılan yasadır. Rose Yasası, kuantum bilgisayardaki kübit sayısının her birkaç yılda bir ikiye katlandığını belirtir.

Peter Diamandis ve Steven Kotler'in kitaplarında gözlemlediği gibi, Moore Yasası ile karşılaştırıldığında Rose Yasasının sonuçları tartışmasız çok daha derindir. Gelecek Düşündüğünüzden Daha Hızlı: Birleşen Teknolojiler İş Dünyasını, Endüstrileri ve Yaşamlarımızı Nasıl Dönüştürüyor?Süperpozisyondaki kübitler, transistörlerdeki ikili bitlerden çok daha fazla güce sahiptir.

"Daha fazla" her zaman "daha iyi" anlamına gelmediğinden, IBM'in bu kavrama yaptığı kavramsal değişikliklerden biri, IBM'in kuantum hacmi olarak adlandırdığı daha incelikli bir kavrama dayanmaktadır. Chow, "Bu sadece kübitlerin fiziksel sayısını ölçeklendirmekle ilgili değil" dedi. “Sonuçta önemli olan hem kübitlerin sayısı hem de ne kadar iyi performans gösterdikleri; Kübitler çözülmeden ve kuantum bilgileriniz kaybolmadan önce o donanım üzerinde gerçekte ne kadar büyük bir devre çalıştırabilirsiniz? Kuantum hacmi böyle bir ölçümdür.”

Kuantum bilgisayarları beklerken ne beklemelisiniz?

Kuantum mekaniğinin kurucu isimlerinden Niels Bohr, "Gerçek dediğimiz her şey, gerçek olarak kabul edilemeyecek şeylerden yapılmıştır" dedi. Kuantum süperpozisyonu varsayımı göz önüne alındığında, kuantum bilgisayarların bugün buradaki tuhaf alacakaranlık dünyasında var olması belki de uygundur. Burada. IBM, işleyen kuantum bilgisayarları üreten şirketlerden sadece biri (Google, Baidu ve Amazon diğer büyük isimlerden bazıları). kuantum algoritmaları da - bazı durumlarda, insanların oluşturduğu kuantum bilgisayarlarda henüz etkili bir şekilde çalıştırılamayanlar.

Ve yine de, heyecan yaratan tüm kavramlara ve nedenlere rağmen, dünyanın kuantum hesaplamanın muazzam gücünden yararlanmaya henüz yaklaşmadığını söylemek doğru olur. Chow, "Kuantum hesaplamanın gerçek uygulamalar açısından neleri gerektirdiği hala tam olarak bilinmiyor" dedi.

En heyecan verici potansiyel kullanım örneklerinden bazıları - ister hesaplamalı kimya, ister finansal modelleme, siber güvenlik ve kripto para birimi veya gelişmiş tahminler kuantumda hayalet olarak kalıyor makine. En azından şimdilik.

IBM neden kuantum hesaplamaya odaklanıyor? Chow, "Odak noktamız hesaplamanın geleceğini nasıl sunacağımızdır" dedi. Kuantum bu geleceğin kaçınılmaz bir parçası.

Kuantum hesaplama, IBM'in geleceğe yönelik üç büyük bahisinden biridir. Geleceğin teknolojilerinin bu kutsal üçlüsü kuantum hesaplama, yapay zeka ve buluttan oluşuyor. Ancak bunlar, birikimlerinizi gelecek vaat eden üç girişime yatırdığınızda olacağı gibi bireysel bahisler değildir. üç kişiden birinin tek boynuzlu at olma şansına sahip olduğuna inanılması, bu durumun, diğer ikisi.

Örneğin Quantum, yapay zeka için oyunun kurallarını değiştirebilir. Hiç şüphe yok ki yapay zeka ve en spesifik olarak makine öğrenme — klasik bilgi işlem mimarisini kullanarak şaşırtıcı ilerlemeler kaydetti. Ancak kuantum işleri daha da hızlandırmayı vaat ediyor. Mevcut makine öğrenimi algoritmalarının kuantum versiyonları (ya da büyük olasılıkla tamamen yeni, çok daha hızlı) alternatifler) muazzam miktarda veriye dayalı yapay zeka gerçekleştirebilecek. hesaplamalar önemli ölçüde daha hızlı oran. Verilerden ortaya çıkan akıl almaz sayıdaki boyutları ele alabilecekler ve bunları geniş kuantum özellik uzayında haritalandırabilecekler. Kuantum dolaşıklığı, geleneksel klasik bilgisayarlarla keşfedilemeyen yeni kalıpları keşfetmek için kullanılabilir.

Kuantum bulutu üzerinde yüzüyor

Bulut aynı zamanda IBM'in kuantum iddiasının da temel bir parçasıdır. Genel olarak konuşursak, klasik bilgi işlemin popüler ilerleyişi, ana bilgisayarlardan mini bilgisayarlara, oradan da kişisel bilgisayarlara geçişti. 1950'lerde insanlar devasa bilgisayarlara yalnızca geniş, klimalı odalarda erişebiliyordu. 1970'lerin sonu ve 80'lerin sonlarında insanların evlerinde bilgisayarlar vardı. 1990'lı yıllara gelindiğinde insanların çantalarında taşıyabilecekleri dizüstü bilgisayarları vardı. Günümüzde cebimizde taşıdığımız akıllı telefon şeklinde bilgisayarlarımız var.

Kuantum bilgisayarların, bir kuantum bilgisayarın gereksinimleri (aşırı soğutma gibi) nedeniyle form faktöründe aynı değişimi yaşaması pek olası görünmüyor.

Chow, "Masanızda fiziksel bir kuantum bilgisayarın olması açısından yanılıyor olabilirim, ancak durumun böyle olacağı benim için net değil" dedi. "Bu seviyede kuantum tutarlılığı gerektiren, inşa ettiğiniz sistemlerin çoğu, ister süper iletken bir sistem olsun, veya sıkışıp kalmış iyonlar, bunların hepsini muhafaza edebilmeniz için, özellikle de ölçeklendirdikçe, oldukça fazla altyapıya ihtiyaç duyarsınız. yukarı."

Ancak bulut bilişimin bozulmasının devreye girdiği yer burasıdır. Bulut bilişim, kullanıcıların aynı fiziksel çevrede olup olmadıklarına bakılmaksızın süper bilgisayar yeteneklerine erişebilmeleri anlamına gelir. Bilgi işlem gücü veya depolama artık 20 yıl önceki gibi masanızda bulunan donanımla sınırlı değil.

Chow, "Bugün bulut üzerinde o kadar çok şey yapılıyor ki insanlar farkına bile varmıyor" dedi. “İnsanlar bir şeyin kendi başına işlenmediğini kaç kez fark ediyor? dizüstü bilgisayarlar ya da kendi telefonlarında, ama başka bir yerde mi? Bulut üzerinde kuantum bu şekilde işleyecek.”

Bu bir dereceye kadar kuantum hesaplamanın nasıl olduğudur. çoktan çalışma. Mayıs 2016'da IBM, Kuantum Deneyimi, beş kubitlik bir kuantum işlemci ve kullanıcıların bir kuantum bilgisayar sistemi üzerinde deneyler yapmasına olanak tanıyan bağlantılı eşleştirme simülatörü. Bugüne kadar IBM Quantum, dünya çapında 280.000'den fazla kullanıcının toplu olarak günde 1 milyardan fazla kuantum devresini çalıştırdığı 32 kuantum işlemcisini bulut üzerinde devreye aldı. Daha güçlü kuantum bilgisayarlar kullanıma sunuldukça, bunlara da bulut aracılığıyla erişilebilecek.

Chow, "Geleneksel bilgisayarlarda bildiğimiz en iyi teknikleri kullanarak doğal olarak çözülen problemlerle karşılaşacaksınız" dedi. “Fakat bu problemlerin, günümüzde kuantum bilgisayarlar için uygun olabilecek (yüksek performanslı bilgi işlem sistemleriyle bile) çözülemeyecek kadar karmaşık olan kısımları da var.”

Hayır, yakın zamanda (eğer varsa) Excel e-tablonuzu bir kuantum bilgisayarda çalıştırmayacaksınız. Klasik bilgisayarlar Excel'i gayet iyi çalıştırabilir. Ancak uygulamaların bazı kısımları, ister şifreleme ister daha iyi makine öğrenimi gibi şeyler için kesinlikle kuantum yeteneklerinden yararlanabilir. Hatta daha büyüleyici ve anlamsız örnekler bile olabilir. Örneğin, James WoottonBaşka bir IBM mühendisi, kuantum bilişimi kullanarak şunları yapıyor: bilgisayar oyunlarında rastgele arazi üretimi. Hayal edilemeyecek derecede her oynadığınızda kendini tamamen yeniden yapılandırabilecek bir oyun hayal ettiniz mi? Cevabınız Kuantum.

Hibrit model

Chow, "Hibrit bulut hesaplama modeliyle kastettiğimiz şey budur" dedi. "Sorunlu iş yükünüz bir bilgisayara aktarılacak ve doğru parçalar klasik bir bilgisayara, diğer parçalar ise bir kuantum bilgisayara gidecek. Sonra bir çözüm çıkıyor. Gelecekte hayal edebileceğiniz resim budur. [Quantum] klasik bilgisayarların yerini alacak bir şey değil ama kesinlikle el ele çalışacaklar.”

IBM, milyon kübitlik bilgisayarını tam olarak ne zaman teslim edeceğine veya Goldeneye buzdolabının ne zaman tamamlanacağına dair bir taahhütte bulunmayacak. Ancak kuantum hesaplamanın oyunun kurallarını değiştireceğine olan inancı oldukça açık.

İçinde Bu yılın başlarında IBM'in blogu için yazılan yazıIBM üyesi ve kuantum bilişimden sorumlu başkan yardımcısı Jay Gambetta, yeni nesil IBM kuantum bilgisayarlarını aya inişle sonuçlanan Apollo görevlerine benzetti. Bu tam bir karşılaştırma. Aynı zamanda doğru da olabilir.

2020'de burada, bir umutla yeni aya iniş Onlarca yıldır olduğundan daha heyecan verici bir şekilde daha yakın, bu sadece birkaç yıl önce olabileceğinden çok daha iyimser bir karşılaştırma gibi görünüyor. Beklemeye değer olmalı.

Editörlerin Önerileri

• Yapay zeka, işe alımlara ara verilmesinin bir parçası olarak IBM'de yaklaşık 7.800 işin yerini alabilir
• Beyinleri kuantum bilgisayarlara bağlayan İngiltere laboratuvarının içi
• IBM'in yeni 127 kübit işlemcisi kuantum hesaplamada büyük bir atılımdır
• Araştırmacılar kuantum hesaplamanın geliştirilmesinde 'eksik yapboz parçası' yaratıyor
• IBM başkanı çip kıtlığının 'birkaç yıl' daha süreceğini doğruladı