Quantumrun

KREDIT ZA SLIKU: Quantumrun

Kako će kvantni računari promijeniti svijet: Budućnost računara P7

David Tal, izdavač, futurist
@DavidTalWrites
LinkedIn

Pon, 09 - 14:2020

Postoji mnogo pompe koja lebdi oko opće kompjuterske industrije, usredsređene na jednu specifičnu tehnologiju koja ima potencijal da promijeni sve: kvantne kompjutere. Budući da smo imenjak naše kompanije, priznaćemo pristrasnost u našoj bikovskoj naklonosti oko ove tehnologije, a tokom ovog poslednjeg poglavlja naše serije Future of Computers, nadamo se da ćemo sa vama podeliti zašto je to tako.

Na osnovnom nivou, kvantni kompjuter nudi priliku da se manipuliše informacijama na fundamentalno drugačiji način. U stvari, kada ova tehnologija sazri, ovi računari neće samo rješavati matematičke probleme brže od bilo kojeg kompjutera koji trenutno postoji, već će i svaki računar za koji se predviđa da će postojati u narednih nekoliko decenija (pod pretpostavkom da vrijedi Moorov zakon). Zapravo, slično našoj raspravi superkompjutera u našem poslednjem poglavlju, budući kvantni kompjuteri će omogućiti čovječanstvu da se pozabavi sve većim pitanjima koja nam mogu pomoći da steknemo dublje razumijevanje svijeta oko nas.

Šta su kvantni računari?

Na stranu žurku, po čemu se kvantni računari razlikuju od standardnih računara? I kako oni rade?

Za vizuelne učenike, preporučujemo da pogledaju ovaj zabavni, kratki video od Kurzgesagt YouTube tima o ovoj temi:

U međuvremenu, za naše čitaoce, mi ćemo dati sve od sebe da objasnimo kvantne računare bez potrebe za diplomom iz fizike.

Za početak, moramo se prisjetiti da je osnovna jedinica informacijske obrade koju računari obrađuju bit. Ovi bitovi mogu imati jednu od dvije vrijednosti: 1 ili 0, uključeno ili isključeno, da ili ne. Ako kombinujete dovoljno ovih bitova zajedno, tada možete predstavljati brojeve bilo koje veličine i vršiti sve načine izračunavanja na njima, redom za drugim. Što je kompjuterski čip veći ili moćniji, to su veći brojevi koje možete kreirati i primijeniti proračune i brže možete prelaziti s jedne na drugu kalkulaciju.

Kvantni računari se razlikuju na dva važna načina.

Prvo, to je prednost “superpozicije”. Dok tradicionalni računari rade sa bitovima, kvantni računari rade sa kubitima. Kubit efekta superpozicije omogućava kubit da umjesto da bude ograničen na jednu od dvije moguće vrijednosti (1 ili 0), kubit može postojati kao mješavina oba. Ova karakteristika omogućava kvantnim računarima da rade efikasnije (brže) od tradicionalnih računara.

Drugo, prednost je "upletenosti". Ovaj fenomen je jedinstveno ponašanje kvantne fizike koje vezuje sudbinu količine različitih čestica, tako da će ono što se jednom desi uticati na druge. Kada se primeni na kvantne računare, to znači da oni mogu istovremeno da manipulišu svim svojim kubitima – drugim rečima, umesto da radi skup proračuna jedan za drugim, kvantni računar bi ih mogao sve da radi u isto vreme.

Utrka za izgradnju prvog kvantnog kompjutera

Ovaj naslov je pomalo pogrešan naziv. Vodeće kompanije poput Microsofta, IBM-a i Google-a već su stvorile prve eksperimentalne kvantne računare, ali ovi rani prototipovi imaju manje od dva tuceta kubita po čipu. I dok su ovi rani napori odličan prvi korak, tehnološke kompanije i vladina istraživačka odeljenja će morati da naprave kvantni računar sa najmanje 49 do 50 kubita kako bi hype ispunio svoj teoretski potencijal u stvarnom svetu.

U tu svrhu, postoji niz pristupa koji se eksperimentišu kako bi se postigla ova prekretnica od 50 kubita, ali dva su iznad svih koji dolaze.

U jednom kampu, Google i IBM imaju za cilj da razviju kvantni računar predstavljajući kubite kao struje koje teku kroz supravodljive žice koje su ohlađene na –273.15 stepeni Celzijusa, ili apsolutnu nulu. Prisustvo ili odsustvo struje označava 1 ili 0. Prednost ovog pristupa je u tome što se ove supravodljive žice ili kola mogu izgraditi od silicijuma, materijala koji kompanije koje se bave poluprovodnicima imaju decenijama iskustva u radu.

Drugi pristup, koji vodi Microsoft, uključuje zarobljene jone koji se drže na mjestu u vakuumskoj komori i kojima se manipuliše laserima. Oscilirajući naboji funkcionišu kao kubiti, koji se zatim koriste za obradu operacija kvantnog računara.

Kako ćemo koristiti kvantne kompjutere

U redu, ostavimo teoriju po strani, hajde da se usredsredimo na primene u stvarnom svetu koje će ovi kvantni računari imati na svetu i kako kompanije i ljudi rade na tome.

Logistički i optimizacijski problemi. Među najneposrednijim i najprofitabilnijim upotrebama kvantnih računara biće optimizacija. Za aplikacije za dijeljenje vožnje, poput Ubera, koji je najbrži put da pokupite i odvezete što više kupaca? Za gigante e-trgovine, poput Amazona, koji je najisplativiji način da isporuče milijarde paketa tokom praznične gužve u kupovini poklona?

Ova jednostavna pitanja uključuju brisanje brojeva stotinama do hiljadama varijabli odjednom, podvig s kojim moderni superračunari jednostavno ne mogu da podnesu; pa umjesto toga, oni izračunavaju mali postotak tih varijabli kako bi pomogli ovim kompanijama da upravljaju svojim logističkim potrebama na manje nego optimalan način. Ali sa kvantnim kompjuterom, on će proći kroz brdo varijabli bez znojenja.

Vrijeme i klima modeliranje. Slično gornjoj tački, razlog zašto vremenski kanal ponekad pogreši je taj što postoji previše varijabli okruženja koje njihovi superračunari mogu obraditi (to, a ponekad i loše prikupljanje podataka o vremenu). Ali uz pomoć kvantnog kompjutera, vremenski naučnici ne samo da mogu savršeno predvidjeti kratkoročne vremenske obrasce, već mogu napraviti i preciznije dugoročne procjene klime kako bi predvidjeli efekte klimatskih promjena.

Personalizovani lek. Dešifriranje vašeg DNK i vašeg jedinstvenog mikrobioma je ključno za buduće doktore da prepisuju lijekove koji su savršeno prilagođeni vašem tijelu. Dok su tradicionalni superkompjuteri napravili iskorak u isplativom dekodiranju DNK, mikrobiom je daleko izvan njihovog dosega – ali to nije slučaj za buduće kvantne računare.

Kvantni kompjuteri će također omogućiti Big Pharmi da bolje predvidi kako različiti molekuli reagiraju s njihovim lijekovima, čime će se značajno ubrzati farmaceutski razvoj i sniziti cijene.

Istraživanje svemira. Današnji (i sutrašnji) svemirski teleskopi svakog dana prikupljaju ogromne količine podataka o astrološkim slikama koji prate kretanje triliona galaksija, zvijezda, planeta i asteroida. Nažalost, ovo je previše podataka da bi ih današnji superkompjuteri mogli procijediti kako bi redovno došli do značajnih otkrića. Ali sa zrelim kvantnim kompjuterom u kombinaciji sa mašinskim učenjem, svi ovi podaci se konačno mogu efikasno obraditi, otvarajući vrata otkrivanju stotina do hiljada novih planeta dnevno do početka 2030-ih.

Fundamentalne nauke. Slično gore navedenim, sirova računarska snaga koju ovi kvantni kompjuteri omogućavaju omogućit će naučnicima i inženjerima da osmisle nove hemikalije i materijale, kao i motore koji bolje funkcionišu i, naravno, hladnije božićne igračke.

Mašinsko učenje. Koristeći tradicionalne računare, algoritmi za mašinsko učenje trebaju ogromnu količinu odabranih i označenih primjera (veliki podaci) kako bi naučili nove vještine. Sa kvantnim računarstvom, softver za mašinsko učenje može početi da uči više poput ljudi, pri čemu mogu da pokupe nove veštine koristeći manje podataka, neurednije podatke, često uz malo uputstava.

Ova aplikacija je također tema uzbuđenja među istraživačima u oblasti umjetne inteligencije (AI), jer bi ova poboljšana sposobnost prirodnog učenja mogla ubrzati napredak u istraživanju umjetne inteligencije za desetljeća. Više o tome u našoj seriji o budućnosti umjetne inteligencije.

Encryption. Nažalost, ovo je aplikacija koja većinu istraživača i obavještajnih agencija nervira. Sve trenutne usluge enkripcije zavise od kreiranja lozinki za koje bi modernom superkompjuteru bile potrebne hiljade godina da ih razbije; kvantni kompjuteri bi teoretski mogli da probiju ove ključeve za šifrovanje za manje od sat vremena.

Bankarstvo, komunikacije, usluge nacionalne sigurnosti, sam internet ovisi o pouzdanoj enkripciji da bi funkcionirao. (Oh, i zaboravite na bitcoin, s obzirom na njegovu suštinsku ovisnost o enkripciji.) Ako ovi kvantni računari rade kako se reklamira, sve ove industrije će biti u opasnosti, u najgorem slučaju ugroziti cjelokupnu svjetsku ekonomiju sve dok ne izgradimo kvantnu enkripciju koja će zadržati tempo.

Prevođenje jezika u realnom vremenu. Da završimo ovo poglavlje i ovu seriju na manje stresnoj noti, kvantni računari će također omogućiti gotovo savršen prevod jezika u realnom vremenu između bilo koja dva jezika, bilo preko Skype chata ili korištenjem audio uređaja za nošenje ili implantata u uho .

Za 20 godina jezik više neće biti prepreka poslovnim i svakodnevnim interakcijama. Na primjer, osoba koja govori samo engleski može sigurnije stupiti u poslovne odnose sa partnerima u stranim zemljama u koje engleski brendovi inače ne bi uspjeli da prodru, a prilikom posjete navedenim stranim zemljama, ta osoba se može čak i zaljubiti u nekoga ko Slučajno govori samo kantonski.