Quantumrun

BILDA KREDITO: Quantumrun

Kiel Kvantumaj komputiloj ŝanĝos la mondon: Estonteco de Komputiloj P7

David Tal, Eldonisto, Futuristo
@DavidTalWrites
LinkedIn

lun, 09/14/2020 - 05:14

Estas multe da hype flosanta ĉirkaŭ la ĝenerala komputila industrio, hype centrita ĉirkaŭ unu specifa teknologio kiu havas la potencialon ŝanĝi ĉion: kvantumkomputiloj. Estante la samnomulo de nia firmao, ni konfesos antaŭjuĝon en nia optimismo ĉirkaŭ ĉi tiu teknologio, kaj dum ĉi tiu fina ĉapitro de nia serio Future of Computers, ni esperas dividi kun vi kial tio estas.

Je baza nivelo, kvantuma komputilo ofertas ŝancon manipuli informojn en fundamente malsama maniero. Fakte, post kiam ĉi tiu tekniko maturiĝos, ĉi tiuj komputiloj ne nur solvos matematikajn problemojn pli rapide ol iu ajn komputilo nuntempe ekzistanta, sed ankaŭ ajna komputilo antaŭvidita ekzisti dum la venontaj kelkaj jardekoj (supoze ke la leĝo de Moore validas). Efektive, simile al nia diskuto ĉirkaŭe superkomputiloj en nia lasta ĉapitro, estontaj kvantumkomputiloj ebligos al la homaro trakti ĉiam pli grandajn demandojn, kiuj povas helpi nin akiri profunde pli profundan komprenon de la mondo ĉirkaŭ ni.

Kio estas kvantumkomputiloj?

Hipe flankenmetite, ĝuste kiel kvantumaj komputiloj diferencas de normaj komputiloj? Kaj kiel ili funkcias?

Por vidaj lernantoj, ni rekomendas spekti ĉi tiun amuzan mallongan filmeton de la Kurzgesagt YouTube-teamo pri ĉi tiu temo:

Dume, por niaj legantoj, ni faros nian eblon por klarigi kvantumajn komputilojn sen bezono de fizika diplomo.

Por komenci, ni devas memori, ke la baza unuo de informkomputiloj procezo estas iom. Ĉi tiuj bitoj povas havi unu el du valoroj: 1 aŭ 0, ŝaltita aŭ malŝaltita, jes aŭ ne. Se vi kombinas sufiĉe da ĉi tiuj bitoj kune, vi povas tiam reprezenti nombrojn de ajna grandeco kaj fari ĉiajn kalkulojn sur ili, unu post la alia. Ju pli granda aŭ pli potenca la komputila blato, des pli grandaj estas la nombroj, kiujn vi povas krei kaj apliki kalkulojn, kaj des pli rapide vi povas moviĝi de unu kalkulo al alia.

Kvantumkomputiloj estas malsamaj laŭ du gravaj manieroj.

Unue, estas la avantaĝo de "supermeto". Dum tradiciaj komputiloj funkcias per bitoj, kvantumkomputiloj funkcias per kvbitoj. La supermeta efiko kvbitoj ebligas estas ke anstataŭe de esti limigita al unu el du eblaj valoroj (1 aŭ 0), kvbito povas ekzisti kiel miksaĵo de ambaŭ. Ĉi tiu funkcio permesas al kvantumkomputiloj funkcii pli efike (pli rapide) ol tradiciaj komputiloj.

Due, estas la avantaĝo de "enplektiĝo". Ĉi tiu fenomeno estas unika kvantuma fizika konduto, kiu ligas la destinon de kvanto de malsamaj partikloj, tiel ke kio okazas al unu influos la aliajn. Se aplikite al kvantumkomputiloj, tio signifas ke ili povas manipuli ĉiujn siajn kvbitojn samtempe - alivorte, anstataŭ fari aron de kalkuloj unu post alia, kvantuma komputilo povus fari ilin ĉiujn samtempe.

La vetkuro por konstrui la unuan kvantuman komputilon

Ĉi tiu rubriko estas iom misnomo. Ĉefaj kompanioj kiel Mikrosofto, IBM kaj Google jam kreis la unuajn eksperimentajn kvantumajn komputilojn, sed ĉi tiuj fruaj prototipoj havas malpli ol du dekduojn da kvantoj per blato. Kaj kvankam ĉi tiuj fruaj klopodoj estas bonega unua paŝo, teknologiaj kompanioj kaj registaraj esplorsekcioj devos konstrui kvantuman komputilon kun almenaŭ 49 ĝis 50 kvbitoj por ke la ekzaltiĝo atingu sian teorian realmondan potencialon.

Tiucele, estas kelkaj aliroj eksperimentitaj por atingi ĉi tiun 50-kbitan mejloŝtonon, sed du staras super ĉiuj alvenantoj.

En unu tendaro, Google kaj IBM celas evoluigi kvantumkomputilon reprezentante kbitojn kiel fluojn fluantajn tra superkonduktaj dratoj kiuj estas malvarmetigitaj al –273.15 celsiusgradoj, aŭ absoluta nul. La ĉeesto aŭ foresto de fluo signifas 1 aŭ 0. La avantaĝo de ĉi tiu aliro estas, ke ĉi tiuj superkonduktaj dratoj aŭ cirkvitoj povas esti konstruitaj el silicio, materialo kun kiu kompanioj de duonkonduktaĵoj havas jardekojn da sperto laboranta.

La dua aliro, gvidita fare de Mikrosofto, implikas kaptitajn jonojn tenitajn modloko en vakua ĉambro kaj manipulitaj per laseroj. La oscilaj ŝargoj funkcias kiel kvbitoj, kiuj tiam kutimas prilabori la operaciojn de la kvantuma komputilo.

Kiel ni uzos kvantumajn komputilojn

Bone, flankenlasante la teorion, ni koncentriĝu pri la realaj aplikoj, kiujn ĉi tiuj kvantumkomputiloj havos en la mondo kaj kiel kompanioj kaj homoj okupiĝas pri ĝi.

Loĝistikaj kaj optimumigaj problemoj. Inter la plej tujaj kaj profitodaj uzoj por kvantumaj komputiloj estos optimumigo. Por veturkundividaj aplikaĵoj, kiel Uber, kio estas la plej rapida vojo por preni kaj demeti kiel eble plej multajn klientojn? Por e-komercaj gigantoj, kiel Amazon, kio estas la plej kostefika maniero por liveri miliardojn da pakaĵoj dum la feria donaca aĉetpelado?

Ĉi tiuj simplaj demandoj implikas nombro-kruĉadon centojn al miloj da variabloj samtempe, heroaĵo kiun modernaj superkomputiloj simple ne povas pritrakti; do anstataŭe, ili kalkulas malgrandan procenton de tiuj variabloj por helpi ĉi tiujn kompaniojn administri siajn loĝistikajn bezonojn en malpli ol optimuma maniero. Sed kun kvantuma komputilo, ĝi tranĉos monton da variabloj sen ŝviti.

Vetero kaj klimato modeligado. Simile al la punkto supre, la kialo kial la veterkanalo foje malĝuste estas ĉar ekzistas tro multaj mediaj variabloj por iliaj superkomputiloj por procesi (tio kaj foje malbona veterdatumkolekto). Sed per kvantuma komputilo, vetersciencistoj povas ne nur antaŭvidi baldaŭajn veterpadronojn perfekte, sed ili ankaŭ povas krei pli precizajn longperspektivajn klimatajn taksojn por antaŭdiri la efikojn de klimata ŝanĝo.

Personigita medicino. Malkodi vian DNA kaj vian unikan mikrobiomon estas kerna por estontaj kuracistoj preskribi medikamentojn, kiuj estas perfekte adaptitaj al via korpo. Dum tradiciaj superkomputiloj faris paŝojn en malkodado de DNA kostefike, la mikrobiomo estas multe ekster ilia atingo - sed ne tiel por estontaj kvantumkomputiloj.

Kvantumkomputiloj ankaŭ permesos al Big Pharma pli bone antaŭdiri kiel malsamaj molekuloj reagas kun siaj medikamentoj, tiel signife akcelante farmacian disvolviĝon kaj malaltigante prezojn.

Spaca esplorado. La kosmaj teleskopoj hodiaŭ (kaj morgaŭ) kolektas grandegajn kvantojn da astrologiaj bildoj datumoj ĉiutage, kiuj spuras la movojn de duilionoj da galaksioj, steloj, planedoj kaj asteroidoj. Bedaŭrinde, ĉi tio estas multe tro da datumoj por ke la hodiaŭaj superkomputiloj trarigardu por fari signifajn malkovrojn regule. Sed kun matura kvantuma komputilo kombinita kun maŝinlernado, ĉiuj ĉi tiuj datumoj povas finfine esti efike prilaboritaj, malfermante la pordon al la malkovro de centoj al miloj da novaj planedoj ĉiutage antaŭ la fruaj 2030-aj jaroj.

Fundamentaj sciencoj. Simile al la supraj punktoj, la kruda komputika potenco, kiun ĉi tiuj kvantumkomputiloj ebligas, permesos al sciencistoj kaj inĝenieroj elpensi novajn kemiaĵojn kaj materialojn, same kiel pli bone funkciajn motorojn kaj kompreneble pli malvarmetajn kristnaskajn ludilojn.

Maŝinlernado. Uzante tradiciajn komputilojn, maŝinlernado-algoritmoj bezonas gigantan kvanton da vikariitaj kaj etikeditaj ekzemploj (grandaj datumoj) por lerni novajn kapablojn. Kun kvantuma komputado, maŝinlernada programaro povas komenci lerni pli kiel homoj, per kio ili povas akiri novajn kapablojn uzante malpli da datumoj, pli senordaj datumoj, ofte kun malmultaj instrukcioj.

Ĉi tiu aplikaĵo ankaŭ estas temo de ekscito inter esploristoj en la kampo de artefarita inteligenteco (AI), ĉar ĉi tiu plibonigita natura lernkapablo povus akceli progreson en AI-esplorado de jardekoj. Pli pri tio en nia serio Estonteco de Artefarita Inteligenteco.

ĉifrado. Bedaŭrinde, ĉi tiu estas la aplikaĵo, kiu nervozigas plej multajn esploristojn kaj spionajn agentejojn. Ĉiuj nunaj ĉifradaj servoj dependas de kreado de pasvortoj, kiuj bezonus modernan superkomputilon milojn da jaroj por kraki; kvantumkomputiloj teorie povus traŝiri ĉi tiujn ĉifrajn ŝlosilojn en malpli ol unu horo.

Bankado, komunikado, naciaj sekurecaj servoj, la interreto mem dependas de fidinda ĉifrado por funkcii. (Ho, kaj forgesu ankaŭ pri la bitcoin, pro ĝia kerna dependeco de ĉifrado.) Se ĉi tiuj kvantumkomputiloj funkcias kiel anoncite, ĉiuj ĉi tiuj industrioj estos en risko, plej malbone endanĝerigante la tutan mondan ekonomion ĝis ni konstruos kvantuman ĉifradon por konservi. ritmo.

Realtempa lingvotraduko. Por fini ĉi tiun ĉapitron kaj ĉi tiun serion per malpli streĉa noto, kvantumkomputiloj ankaŭ ebligos preskaŭ perfektan, realtempan lingvotradukon inter iuj du lingvoj, ĉu per Skype-babilejo aŭ per la uzo de sonportebla aŭ enplantaĵo en vian orelon. .

Post 20 jaroj, lingvo ne plu estos baro al komercaj kaj ĉiutagaj interagoj. Ekzemple, homo, kiu nur parolas la anglan, povas pli memfide eniri komercajn rilatojn kun partneroj en eksterlandoj, kie anglaj markoj alie malsukcesus penetri, kaj vizitante tiujn fremdajn landojn, ĉi tiu persono eĉ eble enamiĝas al iu iu, kiu nur hazarde parolas la Kantonan.