Kvantedesign: Utvikle fremtidens superdatamaskiner

• Forfatter:
• forfatternavn

  Quantumrun Foresight
• Februar 3, 2023

Oppsummering av innsikt

Siden 1970-tallet har integrerte datakretser utviklet seg raskt, og skalert fra dusinvis til milliarder av elektroniske komponenter. Denne fremgangen ble muliggjort delvis av oppfinnelsen av programvare for datastøttet design (CAD). Ved hjelp av CAD kunne ingeniører beregne og simulere stadig mer komplekse elektroniske kretser på eksisterende datamaskiner. Disse eksperimentene inspirerer dem nå til å designe neste generasjons prosessorer med ubegrenset datakraft, for eksempel kvantedatamaskiner.

Kvantedesignkontekst

Blant de mest komplekse utfordringene de kollektive vitenskaps- og teknologidisiplinene står overfor er utviklingen av kvantedatamaskiner. Disse superdatamaskinene har en enorm parallell databehandlingsevne og potensial til å eksponentielt øke ytelsen til konvensjonelle datamaskiner når det gjelder å løse kritiske sosiale og økonomiske utfordringer som kryptografi, big data-optimalisering, materialdesign og medikamentanalyse. 

Superledende kvantedatabehandling har som mål å øke antallet qubits (kvantebiter) som kan integreres i prosessorer for å forbedre ytelsen og behandle data mye raskere. En qubit er en informasjonsenhet i et kvantemekanisk system. I klassisk databehandling kan biter ha verdier på enten null eller én. I kontrast kan qubits ha en hvilken som helst verdi mellom null og én på grunn av kvantemekanikkens natur. Denne funksjonen gjør kvanteenheter svært allsidige og effektive.

I mai 2021 designet forskere fra University of Science and Technology of China (USTC) en 62-qubit programmerbar superledende kvanteprosessor oppkalt etter den kinesiske matematikeren og astronomen Zu Chongzhi fra det femte århundre. Denne datamaskinen utførte todimensjonale programmerbare kvantevandringer (brukt til å utvikle algoritmer) på systemet. 

Ifølge forskerne kan Zu Chongzhi bidra til å effektivisere transportplanleggingen ved å optimere trafikkflyten i byene. Datamaskinen har også potensiale til å bli vellykket integrert i arbeidsflytene til farmasøytiske selskaper innen 2027. For eksempel kan kvanteenheter raskt identifisere den mest lovende medikamentkombinasjonen fra alle tilgjengelige medikamentmolekylmuligheter. 

Forstyrrende påvirkning

På grunn av dets spillendrende potensiale, har kvantedesign blitt et fokus for konkurranse mellom land og selskaper. I september 2021 brukte USTC-forskere en kvantealgoritme for å designe en kraftigere qubit-modell kalt plasonium. Denne oppdagelsen er viktig fordi komplekse databrikker krever mange simuleringer for optimalisering. Å designe forbedringer på en kvantedatamaskin ville øke hastigheten på innsikt og fremgang på feltet. Fremskritt innen kvantedesign kan føre til mer effektive autonome kjøretøy og roboter, og andre systemer som krever store mengder datakraft.

Så, i november 2022, kunngjorde IBM at de designet en banebrytende 127-qubit kvanteprosessor kalt Eagle. For å oppnå dette gjennombruddet, inkorporerte IBM-ingeniører et qubit-arrangementdesign for å redusere feil og antall nødvendige komponenter. Med denne maskinen kan forskere takle problemer på et høyere nivå av intrikate når de utfører eksperimenter og kjører applikasjoner. Eksempler på slike oppgaver er optimalisering av maskinlæring og modellering av nye molekyler og materialer for bruk i sektorer som spenner fra energi til legemiddeloppdagelse.

Implikasjoner av kvantedesign

Større implikasjoner av kvantedesign kan omfatte: 

• Kvanteteknologi brukes til å overstyre kryptering og komplekse cybersikkerhetstiltak, noe som gjør informasjon mer sårbar enn noen gang. Imidlertid kan den samme teknologien konstruere ultrasikre kommunikasjonsteknikker.
• Kunstig intelligens (AI) roboter bruker kvantedatamaskiner for å få tilgang til mer nøyaktige og komplekse treningsdata som vil forbedre ytelsen deres enormt.
• Forskere får nye verktøy for å fremskynde prosessen med terapeutisk oppdagelse ved å bruke kvanteberegningsteknikker for å undersøke flere molekyler, proteiner og kjemikalier samtidig.
• Kvantedatamaskiner som optimaliserer forsyningskjeder, flåteoperasjoner, lufttrafikkkontroll og leveranser ved å redusere ineffektive ruter og svinn.
• Fordi superdatamaskiner kan analysere en rekke datamønstre samtidig, vil meteorologer kunne forutse mer alvorlige værhendelser og gi rettidige advarsler.

Spørsmål å vurdere

• Hvordan ser du for deg at kvantedatamaskiner vil revolusjonere arbeidet ditt?
• Hva er de andre fordelene med svært effektive og intelligente superdatamaskiner?