Video: Ar Dar Pamatysime Dinozaurus ar Mamutus? (Lapkritis 2024)
Kvantinis skaičiavimas - idėja dirbti su kompiuteriais, kurie parodo kvantines savybes, pvz., Gebėjimą išlaikyti kelias būsenas tuo pačiu metu - buvo svarstomi ilgą laiką, tačiau dabar atrodo, kad jis priartėja prie realybės, padarydamas didelę pažangą. Praeitą savaitę vykusioje „Techonomy“ konferencijoje turėjau galimybę surengti šios grupės diskusiją su kai kurių bendrovių, stumiančių voką šia tema, įskaitant „D-Wave“ ir IBM, vadovais.
Bryan Jacobs, „Berberian & Company“ konsultantas, teikiantis patarimus dėl kvantinio skaičiavimo, paaiškino, kad visoje elektronikoje, kurią šiandien naudojame, informacija kaupiama per įkrautą elektroną, kuris yra arba išjungtas; kitaip tariant, šiek tiek. Bet jei užkoduojate informaciją kvantinėje būsenoje, pavyzdžiui, kaip vieną elektroną ar fotoną, galite ją susieti su nuliu ir vienu, lygiai taip pat kaip įprastą klasikinį bitą, bet ir superpoziciją, kur ji gali būti lygi nuliui ir vienai vienu metu. Jis paaiškino, kad įdomi mintis yra ta, kad jei turite kvantinį kompiuterį, kuriame yra daug šių kvantinių bitų, dažnai vadinamų kvitais, galite paleisti jį kartu su visais įmanomais įvestimis vienu metu, o tada, jei galite apdorokite informaciją kiekybiškai nuosekliai, tam tikra prasme galite apskaičiuoti tą pačią funkciją visais įmanomais įėjimais vienu metu. Tai vadinama kvantiniu paralelizmu. Jis pažymėjo, kad šiandien yra keletas skirtingų metodų, kuriuos žmonės bando - vienas yra paremtas vartojimu, kuris labiau primena tradicinius skaitmeninius kompiuterius, o kitas yra panašus į analoginį procesą, žinomą kaip kvantinė atkaitinimas.
Vernas Brownelis, „D-Wave Systems“, iš tikrųjų pristatęs keletą mašinų, naudojančių kvantinį atkaitinimą, generalinis direktorius, teigė, kad jo įmonė pirmiausia pasirinko šį metodą, „nes mes manėme, kad tai suteiks mums galimybes greičiau nei bet kurios kitos rūšies kvantai. skaičiavimo įgyvendinimas “. Jis teigė, kad „D-Wave“ pažvelgė ir į kitus kvantinio skaičiavimo modelius, tačiau šis požiūris buvo pats pragmatiškiausias.
Jis paaiškino, kad iš tikrųjų turi kvantinį annelerį su tūkstančiu kvitų, kurie sugeba ištirti atsakymų erdvę, kurioje yra dvi skirtingos galimybės. Iš esmės tai veikia esant sudėtingoms optimizavimo problemoms ir siekiant rasti mažiausią energiją arba geriausią atsakymą į tą optimizavimo problemą. Brownellas pažymėjo, kad „Google“ dabar atnaujino anksčiau įsigytą aparatą savo kvantinio dirbtinio intelekto laboratorijai, nagrinėdama, kaip tai gali padėti mokytis mašinų. Kitas klientas yra „Lockheed“, kuris nagrinėja problemą, vadinamą programinės įrangos patikrinimu ir patvirtinimu.
Brownellas pripažino, kad nė vienas iš šių pavyzdžių dar nebuvo pradėtas gaminti, tačiau teigė, kad jie turi realias programas, kurios išsprendžia realias problemas mastu. Kitaip tariant, jie dar nepasiekė vietos, kurioje „D-Wave“ aparatas pralenkia klasikinius superkompiuterius, tačiau jis pasakė, kad „mes labai arti to“. Per ateinančius keletą mėnesių įmonė parodys, kad „kvantinis kompiuteris gali būti geresnis nei klasikinis kompiuteris. Šiuo metu mes esame tame vyrio taške“.
Markas Ritteris, žymus IBM TJ Watson tyrimų centro fizinių mokslų skyriaus mokslo darbuotojas ir vyresnysis vadovas, paaiškino, kad jo komanda vykdo daugybę skirtingų kvantinių projektų, tačiau savo dėmesį sutelkė į vartų paremtą kvantinį skaičiavimą ir klaidų taisymą..
Vienas iš savo komandos teoretikų Sergejus Bravyjus išrado „topologinį pariteto kodą“. Jis paaiškino, kad klaidų taisymo kodus naudojame ir tradiciniuose kompiuteriuose, tačiau kvantinė informacija yra labai trapi, todėl norint sukurti vartų sistemą, jums reikia kodo, kuris apsaugotų tą trapią kvantinę informaciją. Jo komanda sukūrė 4 kvbitų sistemą su kvotomis, vadinamomis „transmonsais“, kurios ilgesnį laiką gali išlaikyti dalį kvantinės informacijos, o su klaidų taisymo kodu gali sukurti vartuose pagrįstą kvantinį skaičiavimą. Jis sakė, kad tai yra tarsi kvadratinė grotelė, kur kvadratai yra grafiko popieriaus viršūnėse; algoritmas šį kodą užvaldo kvite. IBM tikslas - sugebėti pridėti vis daugiau ir daugiau kvotų prie to algoritmo. Jis sakė, kad netrukus gali pavykti išsaugoti kvantinę būseną neribotą laiką.
Jis atkreipė dėmesį į tai, kaip kvantiniai vartai naudojasi įsitvirtinimu visose kvbitose ir žvelgia į visas galimas būsenas, palygindami tai su trukdžių modeliu, kurį matote, kai numetate daug akmenų į tvenkinį ir atsiranda konstruktyvių bei destruktyvių trukdžių. Geriausias atsakymas bus konstruktyviai įsikišęs, sakė jis, ir šis atsakymas bus vienintelis, kurio galų gale turėsite, jei bus vienas atsakymas į problemą. Jis teigė, kad vartuose veikiančiame kvantiniame kompiuteryje galite įsikišti į šį kodavimą, kad proceso pabaigoje gautumėte atsakymą, ir tam tikriems algoritmams tai turėtų būti pagreitinta.
Nors tai vis dar gali būti išeitis, Ritteris sakė, kad žmonės taip pat galvoja apie kvotų naudojimą, kad būtų galima atlikti analoginį modeliavimą su dideliu koherencija, pavyzdžiui, imituoti įvairias molekules. Jacobsas sutarė dėl kvantinio modeliavimo ir kalbėjo apie stabilių molekulių cheminį modeliavimą ieškant vaistų.
Aš paklausiau apie Shoro algoritmą, kuris leidžia manyti, kad naudodamiesi kvantiniu kompiuteriu galite sulaužyti daug įprastos kriptografijos. Jacobsas panaudojo raketų laivo, bandančio nusiųsti astronautus į Mėnulį, analogiją. Jacobsas teigė, kad algoritmas, kuris įgyvendina problemą, kurią bandome išspręsti, pavyzdžiui, Shoro algoritmas, yra panašus į raketinio laivo komandų modulį, o klaidų taisymas, toks, koks yra Ritterio komandos darbas, yra tarsi etapai. raketos. Tačiau, pasak jo, šiuo metu naudojamų degalų ar raketinių variklių variklių nepakanka bet kokio dydžio raketiniams laivams. Jis sakė, kad tai labai keblus klausimas, o visos pridėtinės išlaidos, susijusios su kvantinių skaičiavimų atlikimu ir klaidų taisymu, reiškia, kad daugelis šių dienų algoritmų, kurie šiandien atrodo tikrai perspektyvūs, gali neišsiversti. Brownellas teigė manąs, kad mums reikia dešimtmečio ar daugiau, kol kvantiniai kompiuteriai galėtų nutraukti RSA šifravimą, ir mes turėsime pereiti prie postkvantinės kriptografijos.
Brownellas pabrėžė, kad kvantinio skaičiavimo vartų modelis labai skiriasi nuo kvantinio atkaitinimo, ir kalbėjo apie tai, koks jis yra naudingas sprendžiant tam tikras optimizavimo problemas šiandien. Jis taip pat sakė, kad tai beveik gali išspręsti problemas, kurių klasikiniai kompiuteriai negali pasiekti. Remdamasis kai kuriais etalonais, jis pažymėjo, „Google“ nustatė, kad „D-Wave“ aparatas galėtų išspręsti problemas kažkur maždaug 30–100 000 kartų greičiau, nei šiandien galėtų atlikti bendrosios paskirties algoritmas. Nors tai nebuvo naudingas algoritmas, jis teigė, kad jo komanda orientuojasi į faktinio naudojimo atvejų algoritmus, kurie gali pasinaudoti šia galimybe, nes jo procesoriaus našumas padidėja kas 12-18 mėnesių.
Šiandien Brownellas palygino kvantinį skaičiavimą su „Intel“ 1974 m., Kai pasirodė pirmasis mikroprocesorius. Tuo metu jis buvo kartu su „Digital Equipment Corp.“ ir sakė, kad tuo metu „mes ypač nesijaudinome dėl„ Intel “, nes jie turėjo šiuos pigius mažus mikroprocesorius, kurie niekur nebuvo tokie galingi kaip šios didelės dėžės ir daiktai, kuriuos mes turėjome. Bet per dešimt metų, jūs žinote, verslas buvo visiškai išnykęs, o „Digital“ išėjo iš verslo. “ Jis sakė, kad, nemanydamas, kad kvantinis skaičiavimas gali kelti grėsmę visam klasikiniam skaičiavimo pasauliui, jis tikisi, kad kas 18 mėnesių matys šiuos laipsniškus procesorių patobulinimus, kad tai bus galimybė, kurios prireiks IT valdytojams ir kūrėjams naudoti.
Visų pirma, pasak jo, „D-Wave“ yra sukūrę tikimybinius mokymosi algoritmus, kai kuriuos iš jų giliojoje mokymosi erdvėje, kurie geriau atpažįsta dalykus ir treniruotėse, nei tai galima padaryti be kvantinio skaičiavimo. Galų gale, jis mano, kad tai yra debesyje esantis šaltinis, kuris bus labai naudojamas komplimentams su klasikiniais kompiuteriais.
Ritteris teigė, kad sunku iš tikrųjų palyginti bet kurį kvantinį metodą su klasikinėmis mašinomis, kurios vykdo bendrosios paskirties skaičiavimą, nes žmonės daro greitintuvus ir naudoja GPU ir FPGA, sukurtus konkrečioms užduotims. Jis sakė, kad jei jūs iš tikrųjų sugalvojote ASIC, būdingą jūsų problemai išspręsti, tikras kvantinis skaičiavimas realiu pagreičiu turėtų įveikti bet kurį iš jų, nes kiekviena jūsų pridedama kvita dvigubina tą konfigūracijos vietą. Kitaip tariant, sudėjus tūkstantį kvbitų, erdvė turėtų padidėti 2x1000 -ąja galia, kuri, jo teigimu, yra daugiau nei atomų skaičius visatoje. Ir, pasak jo, naudojant kompiuterį su varteliais, problema yra ta, kad vartai veikia lėčiau nei jūsų mobilusis telefonas, taigi jūs turite atlikti daugiau operacijų iš karto, tačiau kiekviena operacija yra lėtesnė nei naudojant klasikinį kompiuterį. „Štai kodėl prieš pamatydami šį kryžminį įrankį, turite pagaminti didesnę mašiną“, - sakė jis.
Jacobsas atkreipė dėmesį, kiek efektyvesnis galėtų būti kvantinis skaičiavimas. "Jei pažiūrėtumėte, kokia galia reikalinga naudojant geriausius super ekologiškus super kompiuterius pasaulyje, jei norėtumėte atlikti maždaug 65 kbitų modeliavimą, tam prireiktų maždaug vienos atominės elektrinės", - sakė jis, - o tada jei norėtumėte norint padaryti 66, reikės dviejų atominių elektrinių “.
Brownellas teigė, kad turėdamas daugiau nei 1000 kvbitų, dabartinis „D-Wave“ aparatas teoriškai galėtų valdyti modelius nuo 2 iki 1000 -osios, o tai atitiktų 10–300 -ies. (Palyginimui, sakė jis, mokslininkų vertinimu, Visatoje yra tik nuo 10 iki 80 atomų.) Taigi, jis sako, kad kompiuterio našumo ribos kyla ne dėl kvantinės atkaitinimo apribojimų, o dėl I / O funkcijos - inžinerijos klausimas, kuris sprendžiamas kiekvienoje naujoje kartoje. Remdamasis kai kuriais etaloniniais algoritmais, bendrovės 1152 kvbitų aparatas turėtų būti 600 kartų galingesnis nei geriausias iš klasikinių kompiuterių.
„D-Wave“ architektūra, kuriai naudojama kvadratų su jungtimis matrica, kuri tam tikra prasme primena neuroninį tinklą, iš pradžių buvo pritaikyta giliojo mokymosi neuroniniams tinklams mašininio mokymosi metu.
Tačiau jis taip pat kalbėjo apie kitas programas, tokias kaip Monte Karlo modeliavimo ekvivalento paleidimas, kurį jis anksčiau naudodavo „Goldman Sachs“ (kur buvo CIO) apskaičiuodamas vertės riziką. Jis prisiminė tai, kad reikėjo maždaug milijono branduolių ir reikėjo bėgti per naktį. Teoriškai kvantinis kompiuteris galėtų atlikti panašius dalykus su daug mažiau energijos. Jis sakė, kad „D-Wave“ mašina sunaudoja labai mažai, tačiau ji turi veikti dideliame šaldytuve, kuriame palaikoma labai žema temperatūra (apie 8 milikelvinai), tačiau pati mašina veikia tik apie 15–20 kW, o tai yra gana mažai duomenų centrui.
Ritteris paminėjo panašią vartų principo modelio idėją ir aptarė kvantinio metropolio mėginių ėmimą, kuris, jo teigimu, yra kvantinio Monte Karlo ekvivalentas, tačiau dėl sukibimo savybių skiriasi statistika.
Ritterio komanda dirba prie kvantinio analoginio modeliavimo, kurio metu ji gali apskaičiuoti ir susieti molekulinę struktūrą su kvotų jungtimi ir paversti ją idealiais režimais bei visais molekulės elgesiais, kurie, jo teigimu, yra labai sunkūs, kai jūs gaunate apie 50 elektronų..
Jacobsas aptarė kvantinę kriptografiją, kuri apima raktą, kuris generuojamas tokiu būdu, kuris įrodo, kad niekas neklausė perdavimo. Ritteris teigė, kad IBM Charlie Bennettas teorizavo metodą, kaip „teleportuoti“ saitą į kitą mašinos kvadratą, tačiau teigė, kad, jo manymu, tokios technologijos yra daugiau nei keleri metai.
Jacobsas atkreipė dėmesį į skirtumus tarp kvantinių vartų skaičiavimo ir kvantinės atkaitinimo, ypač klaidų taisymo srityse, ir pažymėjo, kad yra dar vienas metodas, taip pat vadinamas topologiniu kvantiniu skaičiavimu, prie kurio dirba „Microsoft“.
Vienas įdomių iššūkių yra paraiškų rašymas tokioms mašinoms, kurias Ritteris apibūdino kaip tam tikro dažnio garsų siuntimą, dėl kurių skirtingos kvotos rezonuoja ir sąveikauja tarpusavyje, todėl skaičiavimas įvyksta „beveik kaip muzikinis partitūra“. Jis pažymėjo, kad yra aukštesnio lygio kalbų, tačiau vis dar reikia daug teoretiko. Jacobsas pažymėjo, kad egzistuoja skirtingi atvirojo kodo kalbų lygių, tokių kaip QASM ir Quipper, lygiai, abu daugiausia orientuoti į kvantinių vartų modelį. Brownellas pažymėjo, kad kvantinio atkaitinimo veikla nebuvo tiek aktyvi, nes dar neseniai tai buvo prieštaringai vertinama, ir teigė, kad „D-Wave“ pats turėjo nuveikti daug šio darbo, o kalba yra perkeliama į aukštesnius lygius. Per penkerius metus jis tikisi, kad tai bus taip paprasta naudoti kaip GPU ar kitokio pobūdžio klasikinius išteklius.
