Серйозні квантові комп'ютери готові до роботи. На що вони здатні?

Дата:

2018-07-22 05:15:11

Перегляди:

58

Рейтинг:

1Дизлайк 0Любити

Поділитися:

Серйозні квантові комп'ютери готові до роботи. На що вони здатні? Source:

У невеликій лабораторії у пишній сільській місцевості в сотні кілометрів на північ від Нью-Йорка зі стелі звисає складна плутанина трубок і електроніки. Це комп'ютер, нехай і безладний на вигляд. І це не звичайний комп'ютер. Можливо, на його роду написано стати одним з найважливіших в історії. Квантові комп'ютери обіцяють проводити обчислення далеко за межами досяжності будь-якого звичайного суперкомп'ютера. Вони можуть зробити революцію у сфері створення нових матеріалів, дозволивши імітувати поведінку матерії аж до атомного рівня. Вони можуть вивести криптографію і комп'ютерну безпеку на новий рівень, зламуючи донині неприступні коди. Є навіть надія, що вони виведуть штучний інтелект на новий рівень, допоможуть йому більш ефективно просіяти і переробляти дані.

І тільки зараз, через десятиліття поступового прогресу, вчені, нарешті, наблизилися до створення квантових комп'ютерів, досить потужних, щоб робити те, що звичайні комп'ютери робити не можуть. Цей орієнтир красиво називають «квантовим перевагою». Рух до цього орієнтиру очолює Google, за ним слідують Intel і Microsoft. Серед них — добре фінансовані стартапи: Rigetti Computing, IonQ, Quantum Circuits та інші.

І все ж ніхто не може зрівнятися з IBM в цій області. Ще 50 років тому компанія домоглася успіхів у галузі матеріалознавства, яка заклала основи для комп'ютерної революції. Тому в минулому жовтні MIT Technology Review вирушили в Дослідницький центр Томаса Уотсона при IBM, щоб відповісти на питання: у чому квантовий комп'ютер буде хороший? Чи можна побудувати практичний, надійний квантовий комп'ютер?

Навіщо нам потрібен квантовий комп'ютер?

Цей дослідницький центр, розташований в Йорктаун-Хайтс, трохи схожий на літаючу тарілку, як і замислювалося в 1961 році. Він був спроектований архітектором-неофутуристом Ееро Сааріненом і побудований під час розквіту IBM як творця великих мейнфреймів для бізнесу. IBM була найбільшою комп'ютерною компанією в світі, і за десять років будівництва дослідницького центру вона стала п'ятою найбільшою компанією в світі, відразу після Ford і General Electric.

Хоча коридори будівлі дивляться на село, дизайн такий, що ні в одному з офісів всередині немає вікон. В одній з таких кімнат і виявився Чарльз Беннет. Зараз йому 70, у нього великі білі бакенбарди, він носить чорні шкарпетки з сандалями і навіть пенал з ручками. В оточенні старих комп'ютерних моніторів, хімічних моделей і, несподівано, невеликого диско-кулі, він згадував народження квантових обчислень так, ніби це було вчора.

Коли Беннетт приєднався до IBM в 1972 році, квантової фізики вже було півстоліття, але обчислення все ще покладалися на класичну фізику і математичну теорію інформацію, яку розробив Клод Шеннон в MIT в 1950-х роках. Саме Шеннон визначив кількість інформації числом бітів» (цей термін він популяризував, але не винайшов), необхідних для її зберігання. Ці біти 0 і 1 бінарного коду, лягли в основу традиційних обчислень.

Через рік після прибуття в Йорктаун-Хайтс Беннетт допоміг закласти основу для теорії квантової інформації, яка кинула виклик попередньої. Вона використовує химерне поведінку об'єктів в атомних масштабах. В таких масштабах частинка може існувати в «суперпозиції» множини станів (тобто в множині позицій) одночасно. Дві частинки також можуть «застрягнути», так що зміна стану однієї миттєво відгукується на другий.

Беннетт і інші зрозуміли, що деякі види обчислень, які займають дуже багато часу або взагалі неможливі, можна було б ефективно проводити за допомогою квантових явищ. Квантовий комп'ютер зберігає інформацію в квантових бітах, або кубітах. Кубіти можуть існувати в суперпозициях одиниць і нулів (1 і 0), і заплутаність і інтерференцію можна використовувати для пошуку обчислювальних рішень у величезному числі станів. Порівнювати квантові і класичні комп'ютери не зовсім правильно, але, висловлюючись фігурально, квантовий комп'ютер з декількома сотнями кубітів може виробляти більше обчислень одночасно, ніж атомів у відомої всесвіту.

Влітку 1981 року IBM і MIT організували знаковий захід під назвою «Перша конференція з фізики обчислень». Воно проходило в готелі Endicott House, особняку у французькому стилі недалеко від кампуса MIT.

На фото, яке Беннетт зробив під час конференції, на галявині можна побачити деяких з найбільш впливових фігур в історії обчислювальної та квантової фізики, включаючи Конрада Зузе, який розробив перший програмувальний комп'ютер, і Річарда Фейнмана, внесла важливий внесок у квантову теорію. Фейнман тримав на конференції ключову промову, в якій підняв ідею використання квантових ефектів для обчислень.

«Найбільший поштовх квантова теорія інформації отримала від Фейнмана», говорить Беннетт. «Він сказав: квантова природа, мати її! Якщо ми хочемо імітувати її, нам знадобиться квантовий комп'ютер».

Квантовий комп'ютер IBM — один з найперспективніших з усіх існуючих — розташований прямо по коридору від офісу Беннетта. Ця машина призначена для створення і маніпуляції важливим елементом квантового комп'ютера: кубітами, які зберігають інформацію.

Прірва між мрією і реальністю

Машина IBM використовує квантові явища, які протікають в надпровідних матеріалах. Наприклад, іноді струм тече по вартовий і проти годинникової стрілки одночасно. Комп'ютер IBM використовує надпровідниковихмікросхеми, в яких кубіт складають два різних електромагнітних енергетичних стану.

Сверхпроводимый підхід має масу переваг. Апаратне забезпечення можна створювати за допомогою добре відомих усталених методів, а для управління системою можна використати звичайний комп'ютер. Кубіти в надпровідної схемою легко піддаються маніпуляції і менш делікатні, ніж окремі фотони або іони.

У квантовій лабораторії IBM інженери працюють над версією комп'ютера з 50 кубітами. Ви можете запустити симулятор простого квантового комп'ютера на звичайному комп'ютері, але при 50 кубітах це буде практично неможливо. І це значить, що IBM теоретично наближається до точки, за якою квантовий комп'ютер зможе вирішувати проблеми, недоступні класичного комп'ютера: іншими словами, квантове перевагу.

Але вчені з IBM скажуть вам, що квантовий перевага — це невловима концепція. Вам знадобиться, щоб всі 50 кубітів працювали ідеально, коли в реальності квантові комп'ютери сильно страждають від помилок. Також неймовірно важко підтримувати кубіти протягом заданого періоду часу; вони схильні до «декогеренции», тобто до втрати своєю делікатною квантової природи, немов колечко диму розчиняється при найменшому подиху вітерця. І чим більше кубітів, тим складніше впоратися з обома завданнями.

«Якщо б у вас було 50 або 100 кубітів і вони дійсно працювали б досить добре, а також були повністю позбавлені помилок, ви могли б проводити незбагненні обчислення, які не можна було б відтворити на будь класичної машині, ні зараз, ні тоді, ні в майбутньому», говорить Роберт Шелькопф, професор Єльського університету і засновник компанії Quantum Circuits. «Зворотна сторона квантових обчислень полягає в тому, що є неймовірне число можливостей для помилки».

Інша причина для обережності полягає у тому, що не зовсім очевидно, наскільки корисним буде навіть ідеально функціонуючий квантовий комп'ютер. Він не просто прискорює вирішення будь-якої задачі, яку ви йому підкинете. По суті, у багатьох пологах обчислень він буде незрівнянно «тупіше» класичних машин. Не так багато алгоритмів було визначено до цього моменту, в яких квантовий комп'ютер буде мати очевидну перевагу. І навіть із ними ця перевага може бути недовговічним. Найвідоміший квантовий алгоритм, розроблений Пітером Шором з MIT, призначений для пошуку простих множників цілого числа. Багато відомих криптографічні схеми покладаються на той факт, що цей пошук дуже важко здійснити звичайного комп'ютера. Але криптографія може адаптуватися і створити нові види коду, не покладаються на факторизацию.

Ось чому, навіть наближаючись до 50-кубитной вісі, дослідники IBM самі намагаються розвіяти галас. За столом у коридорі, який виходить на пишний газон зовні, варто Джей Гамбетта, високий австралієць, який досліджує квантові алгоритми та потенційні додатки для обладнання IBM. «Ми знаходимося в унікальному становищі», говорить він, обережно вибираючи слова. «У нас є це пристрій, що складніше всього, що можна змоделювати на локальному комп'ютері, але воно поки що не контролюється з достатньою точністю, щоб проводити через нього відомі алгоритми».

Що дає всім айбиэмщикам надію на те, що навіть неідеальний квантовий комп'ютер може бути корисним.

Гамбетта і інші дослідники почали з додатка, яке Фейнман передбачав ще в 1981 році. Хімічні реакції та властивості матеріалів визначаються взаємодією між атомами і молекулами. Ці взаємодії управляються квантовими явищами. Квантовий комп'ютер може (принаймні в теорії) моделювати їх так, як не може звичайний.

У минулому році Гамбетта і його колеги з IBM використовували семикубитную машину для моделювання точної структури гідриду берилію. Складається всього з трьох атомів, ця молекула є найскладнішою з усіх, які моделювалися з застосуванням квантової системи. В кінцевому підсумку вчені зможуть використовувати квантові комп'ютери для проектування ефективних сонячних батарей, препаратів або каталізаторів, що перетворюють сонячне світло в чисте паливо.

Ці цілі, звичайно, ще дуже далекі. Але як говорить Гамбетта, цінні результати можна отримати вже працюють в парі квантового і класичного комп'ютерів.

для фізика мрія, для інженера кошмар

«Галас підштовхує усвідомлення того, що квантові обчислення реальні», говорить Айзек Чуань, професор MIT. «Це вже не мрія фізика — це кошмар інженера».

Чуань керував розробкою самих перших квантових комп'ютерів, працюючи в IBM в Альмадені, Каліфорнія, в кінці 1990-х – початку 2000-х років. Хоча він більше не працює на них, він також вважає, що ми знаходимося на початку чогось дуже великого і що квантові обчислення в кінцевому підсумку зіграють роль навіть в розвитку штучного інтелекту.

Він також підозрює, що революція не почнеться, поки нове покоління студентів і хакерів не почне грати з практичними машинами. Квантові комп'ютери вимагають не тільки інших мов програмування, але і принципово іншого способу мислення про програмування. Як говорить Гамбетта, «ми насправді не знаємо, що еквівалентно «Привіт, світ» на квантовому комп'ютері».

Але ми починаємо шукати. У 2016 році IBM з'єднала невеликий квантовий комп'ютер з хмарою. Використовуючи інструмент для програмування QISKit, ви можете запускати найпростіші програми;тисячі людей, від академіків до школярів, вже створювали програми на QISKit, які обробляють прості квантові алгоритми. Тепер Google та інші компанії намагаються вивести квантові комп'ютери в онлайн. Вони не здатні на багато що, але дають людям можливість відчути, що таке квантові обчислення.

Більше:

Можливо цифрове безсмертя і чи потрібно воно

Можливо цифрове безсмертя і чи потрібно воно

Зможе коли-то людина стати безсмертним за рахунок цифрових технологій. Я в це не вірю. А ви? В 2016 році молодша дочка Цзи Чан-сіна місяця найон померла від захворювання, пов'язаного з кров'ю. Але в лютому мати возз'єдналася зі своєю дочкою у віртуал...

Чому шкідливо довго сидіти за комп'ютером і як це виправити

Чому шкідливо довго сидіти за комп'ютером і як це виправити

Я тут недавно провів невелике опитування серед друзів і знайомих про те, як вони оцінюють свою ефективність при віддаленій роботі. Майже всі, кого я знаю — зараз працюють вдома за комп'ютером і телефоном. Причому, як виявилося, навіть ті, хто р...

Параметрична архітектура: може штучний інтелект проектувати міста?

Параметрична архітектура: може штучний інтелект проектувати міста?

Коли ви думаєте про майбутнє, які картини постають у вас перед очима? Як любитель ретрофутуризма – жанру в основу якого покладено уявлення людей минулого про майбутнє, я завжди уявляла собі міста майбутнього забудованими будівлями, як на обкладинках ...

Примітка (0)

Ця стаття не має коментарів, будьте першим!

Додати коментар

Новини

Windows 10 в новому режимі перестане економити енергію

Windows 10 в новому режимі перестане економити енергію

Чим важче завдання — тим більше на її виконання потрібно енергії. Але сучасні комп'ютерні пристрої, будучи дуже потужними, також часто працюють від батареї. І виникає необхідність економити енергію. Мова йде в основному про ...

Intel розробляє спінові кубіти, які працюють при більш високих температурах

Intel розробляє спінові кубіти, які працюють при більш високих температурах

Компанія Intel продовжує активно інвестувати в нові технології, і серед останніх її інтересів — квантові обчислення. Восени минулого року був представлений перший квантовий процесор на базі 17 кубітів, а на минулій виставці ...

У Росії створять 50-кубитный квантовий комп'ютер

У Росії створять 50-кубитный квантовий комп'ютер

Фондом перспективних досліджень МДУ, ВЕБ та низкою інших російських організацій сформовано консорціум, метою якого є розробка квантового комп'ютера, що складається не менш ніж з 50 кубітів, заявляє прес-служба «ВЕБ Інновацій». У т...

Acer почала продаж «найлегшого ноутбука» Swift 5 в Росії

Acer почала продаж «найлегшого ноутбука» Swift 5 в Росії

У Росії почалися продажі нового ультрабука Acer Swift 5. За заявою компанії, ноутбук виготовлений із спеціальних сплавів, які пояснюють його легка вага — пристрій важить менше 1 кілограма. 14-дюймовий ноутбук оснащений новітнім пр...

Apple планує випустити бюджетний MacBook

Apple планує випустити бюджетний MacBook

протягом останніх років Apple активно оновлювала свій флагманський ноутбук MacBook Pro, забувши про лінійці Air. Однак, згідно з останніми повідомленнями, в поточному році яблучна компанія може, нарешті, повернутися до виробництва...

Потрібно розкрити «чорний ящик» штучного інтелекту, поки не стане занадто пізно

Потрібно розкрити «чорний ящик» штучного інтелекту, поки не стане занадто пізно

протягом кількох років у 1980-х роках абітурієнтів Медичної школи лікарні Святого Георгія в Лондоні відбирали, використовуючи високотехнологічний метод. Комп'ютерна програма, одна з перших у своєму роді, переглядала резюме, вибира...

Відключив оновлення Windows 10? В тюрму!

Відключив оновлення Windows 10? В тюрму!

Операційна система Windows 10 має безліч різних функцій і можливостей, розібратися в яких деколи буває дуже складно. Однак користувачі цієї ОС відзначають, що одним з її головних недоліків є примусова завантаження всіх оновлень і ...

NASA фінансує створення блокчейн-сервісу для космічних досліджень

NASA фінансує створення блокчейн-сервісу для космічних досліджень

Фахівці Акронского університету із США досліджують можливість створення блокчейн-сервісу, який буде прораховувати траєкторії супутників, дозволяючи їм уникати зіткнення з космічним сміттям. Для проведення подальших робіт у цій обл...

Євросоюз витратить 1 мільярд євро на розробку власних суперкомп'ютерів

Євросоюз витратить 1 мільярд євро на розробку власних суперкомп'ютерів

Інформаційно-аналітичне видання Bloomberg з посиланням на заяву Європейської комісії повідомляє про те, що Європейський Союз збирається витратити 1 мільярд євро, щоб наздогнати Китай, США і Японію в розробці суперкомп'ютерів. Як в...

Чи з'явиться коли-небудь штучний інтелект з свідомістю?

Чи з'явиться коли-небудь штучний інтелект з свідомістю?

Забудьте про сучасних скромних досягнень в області штучного інтелекту, таких як самокеровані автомобілі. Насправді всі чекають чогось іншого: машину, яка усвідомлює своє існування і оточення і яка може обробляти масивні об'єми дан...

Microsoft випускає комплект для розробників квантових обчислювальних систем

Microsoft випускає комплект для розробників квантових обчислювальних систем

Постійно збільшуються темпи розробки в області квантових комп'ютерів дозволяють з упевненістю сказати, що повноцінний квантовий комп'ютер все-таки буде створено. Проте для розробки програм на квантових комп'ютерах потрібні не лише...

Google повністю переходить на відновлювану енергію

Google повністю переходить на відновлювану енергію

Пошуковий гігант Google продовжує працювати над повним переходом на відновлювану енергію. Нещодавно корпорація підписала контракти з трьома новими вітровими станціями, одна з яких розташована в Південній Дакоті, друга в Айові, а щ...

Журналісти CNN знайшли в Москві величезну ферму для майнінг

Журналісти CNN знайшли в Москві величезну ферму для майнінг

Великими майнінг-фермами нікого не здивуєш в Китаї чи на Півночі Європи, тоді як у Росії їх досить мало — тепер на неї припадає лише близько трьох відсотків усієї мережі . Але є герої і «в наших палестинах» —...

Вчорашній вірус-вимагач виявився доповненим і виправленим NotPetya

Вчорашній вірус-вимагач виявився доповненим і виправленим NotPetya

Вірус-шифрувальник, який намагався атакувати російські банки і вразив комп'ютери ряду українських організацій і російських ЗМІ, називається BadRabbit. Фахівці компанії «Group-IB», проаналізували його, відзначили, що нови...

Snapdragon PC — навіщо потрібні і коли вийдуть?

Snapdragon PC — навіщо потрібні і коли вийдуть?

Смартфони — компактні, легкі і тонкі пристрої, що дозволяють робити багато чого з того, що «вміють» ПК. Втім, у багатьох розумних телефонів є один значний недолік — розташовані в їх тонких корпусах акумулятори не можут...

Google знає, що робити зі старими комп'ютерами

Google знає, що робити зі старими комп'ютерами

У швидкого вдосконалення комп'ютерної техніки є менш приємний, ніж супутній прогресу, зростання продуктивності та функціональності, аспект. Вона дуже швидко застаріває, хоча технічно могла б ще працювати не один рік. Заміна старих...

Суперкомп'ютер Hewlett-Packard випробували в космосі

Суперкомп'ютер Hewlett-Packard випробували в космосі

Місяць тому на борт МКС у вантажному відсіку вантажного корабля Dragon прибув суперкомп'ютер SpaceBourne, розроблений спільними зусиллями NASA і Hewlett-Packard. Його створили для того, щоб дізнатися, як таке високотехнологічне об...

Вчені створили першу мікросхему квантової пам'яті

Вчені створили першу мікросхему квантової пам'яті

Вчені покладають великі надії на , що використовують явища квантової суперпозиції і квантової заплутаності для обробки і передачі даних. Але до цих пір нікому не вдавалося створити квантові чіпи пам'яті. Співробітникам Каліфорнійс...

Проведені перші випробування технології квантового 4D-кодування

Проведені перші випробування технології квантового 4D-кодування

Традиційні технології кодування для передачі інформації використовують двійкову систему. При цьому навіть розвиваються зараз способи квантової передачі інформації теж базуються на системі даних з двома змінними. Хоча способи багат...

DARPA створить модульні комп'ютери на основі «чиплетов»

DARPA створить модульні комп'ютери на основі «чиплетов»

Ми вже про так званих «чиплетах» — тонких кремнієвих платівках, в якомусь роді переосмысляющих концепцію традиційних мікросхем. Розроблені інженерами Palo Alto Research Center (підрозділ компанії Xerox) чиплеты можна десятка...