Светът под заплахата на изчисленията
Днес квантовите компютри излизат от стените на лабораториите, на следващия ден - те ще трансформират живота ни до неузнаваемост
В началото на март 2018 Гугъл разгласи за основаването на най-мощния в света квантов компютър със 72 кюбитов процесор [q - bit , кюбит, квантов обичай = съществена единица информация в квантовия компютър ]. Едновременно с това в Русия бе учреден консорциум, който с държавна поддръжка ще приготвя отечествен отговор на разработките на Гугъл. Новините за квантовите компютри се появяват съвсем всекидневно: макар че теоретичната концепция за такава машина не е нова, едвам през последните години се следи пробив в нейната практическа реализация. Сега мощностите на компютрите порастват експоненциално, а за водачество в повишаването им се конкурират десетки лаборатории по целия свят.
Счита се, че квантовите компютри ще дойдат в подмяна на класическите компютри, демонстрирайки по-добра продуктивност заради своята особена физическа природа. Символичен миг ще стане достигането на « квантово предимство » – границата, на която квантов компютър ще се оправи със задача, непостижима за неговия обичаен «събрат». Въпреки, че това е единствено на половина от работата: учените към момента следва да усъвършенстват свойствата на квантовите чипове, да изключат грешките при изчисленията, да разработят квантов програмен продукт за разнообразни задания, и да понижат размерите на устройствата.
След като тези въпроси бъдат решени, квантовите компютри неизбежно ще се втурнат на пазара. Техният търговски капацитет е грамаден: от търсенето в бази данни до основаването на цифрово копие на целия човешки живот. При това самите разработчици не си показват до дъно къде ще бъде потребен квантовият компютър: чака се, че той ще въодушеви зараждането на нови браншове, в последна сметка като преустрои цялата нормална среда на обитаване. Трудно е даже да си представим мащаба на битовите и психически трансформации, пред които светът ще се изправи в квантовото бъдеще. Обаче той ще донесе и нови рискове – в това число до тотално разтрошаване на пароли, обществени катаклизми и кибервойни.
Квантовият скок
В началото на ХХ век работите на Алберт Айнщайн и Макс Планк поставят основите на квантовата механика, която разказва света на микрониво. Благодарение на нея разбрахме, че животът вътре в атома протича по изцяло разнообразни закони: координатите и скоростта на частиците се намират в «окачено», кардинално несигурно положение. От средата на ХХ век светът стартира да се изпълва с технологии, учредени на откритията на квантовата механика. Например лазерът – квантов източник на светлина. Като цяло, цялата компютърна промишленост – интегрални схеми, флаш памет, компактдискове и така нататък – дължи своето пораждане на квантовата доктрина.
Обаче в тази ера (наречена в някои източници «първа квантова революция») става въпрос единствено за групово ръководство на потоците от частици. Да работят поотделно с частиците, учените тогава още не умеят. Подобни начинания стартират да се появяват при започване на 1980-те години. През 1981 година физикът Ричард Файнман произнася популярната си тирада в Масачузетския софтуерен институт (MIT): «Понеже природата на материята е квантова, на атомно равнище може да я моделира единствено компютър, учреден на квантови принципи» . В същото време концепцията за квантовите калкулации показва руският математик Юрий Манин.
Квантовият компютър се разграничава от обичайния компютър толкоз коренно, колкото последният – от дървените сметала.
Ако в елементарния компютър единицата за запазване (запаметяване) на информация – един обичай – приема смисли 0 или 1, то квантовият обичай ( кюбит ) може да се намира в двете положения (0 и 1) по едно и също време ( « квантова суперпозиция » ) , т.е. той може да бъде «измерен» единствено с някакъв % възможност. На процедура това форсира изчисленията в случаите, когато за намиране на отговор би трябвало да се обработват голям брой разновидности. Например, в случай че на обичаен компютър се разпореди търсене на излаз от лабиринт, машината минава през всички разновидности на пътища (маршрути) от лабиринта, стига до всички вероятни пътища без излаз, и чак тогава обяснява, къде е изходът. Квантовият компютър ще се «движи» по всички направления по едно и също време и незабавно ще даде отговор.
В края на ХХ век учените мъчно се удава да напредват на квантовия фронт. През 1980-те концепцията за квантовите калкулации въобще не е конкретизирана. Едва през 1990-те са дефинирани базовите интервенции – алгоритъм на Шор за разложение на числата на елементарни множители (най-прост образец – 5x3 = 15) и алгоритъм на Гроувър за търсене на информация в бази данни. През 2000 година в Мюнхенския механически университет основават 5-кюбитов компютър, а през 2001 година в IBM показват 7-кюбитов компютър. По-нататък работата се прекъсва.
Алексей Федоров, старши теоретичен помощник от Руския квантов център изяснява:
На прага сред двата века основаването и ръководството на квантовите системи наподобява нерешима задача. «Да се улови» един атом, да се управляват и измерят неговите характерности – тогава за това е бил необходим научният напредък от последните 10–15 години. Сега обаче базовият набор от технологии е основан. Формирано е също и схващане за това, на какво е кадърен един квантов компютър. Плюс това, през последните 3-4 години потекоха вложения за създаването. Тоест, всички трендове се сляха в едно.
Отделно внимание заслужава многообразието от квантови технологии: кюбитове се основават на основата на ултрастудени атоми (групата Лукин – Харвардски университет), йонни клопки (групата в Мериленд), полупроводникови спинове (Intel), свръхпроводящи детайли (Google). Фактът, че няколко платформи по едно и също време са достигнали високо равнище е впечатляващ. Преди няколко години изглеждаше, че безалтернативна технология ще бъдат свръхпроводящите кюбитове, обаче в този момент са открити други сполучливи решения. Това изостря конкуренцията.
2017 година носи същински пробив в мащаба на квантовите технологии. През юли интернационална група, ръководена от харвардския професор Михаил Лукин, основават 51-кюбитов компютър. През ноември Университетът на Мериленд се появява 53-кюбитов образец, а в IBM – 50-кюбитов компютър.
Евгений Кузнецов от Singularity University [Университет на сингулярността – частна компания, университет, мозъчен център и бизнес развъдник в Силиконовата котловина, фокусирана върху научния напредък и експоненциалните технологии] предвижда:
Компютри с няколко стотин кюбита ще бъдат издигнати тази или идната година, а компютри с няколко хиляди кюбита – след три до пет години. Растежът следва експоненциална траектория, какъвто нормално е казусът с технологиите. Отначало напредъкът се прави внимателно, като наподобява, че нищо не се случва. Обаче в този момент се е натрупала сериозна маса от достижения, и развиването ще бъде извънредно бързо.
Коварните кюбитове
Обаче пред разработчиците има остават значително проблеми от научен и на практика темперамент. Операциите с кюбитове (квантови битове) са затруднени заради тяхната квантова природа. Най-малкият контакт с външната среда заплашва кюбита със загуба на скъпото му положение на суперпозиция. При това групите кюбитове може да бъдат в това положение единствено дружно (свързани, или в кохерентно състояние): " счупването " на един кюбит събаря цялата нежна система (декохерентност). В резултат на това, колкото повече са задействаните в компютъра кюбитове, толкоз по-трудно е да се стабилизира тяхната работа. Засега не се удава поддържане на кюбитове в положение на кохерентност и секунда – за това време не може да се пресметна доста. Един от първите способи за битка с декохерентността предлага съветският физик Алексей Китаев през 1997 година
Според Иван Храпач от лабораторията за изкуствени квантови системи при Московския физико-технически институт:
Постепенно тези способи стартират да работят все по-успешо. В 72-кюбитовата система на Гугъл кохерентността не е понижена, спрямо 50-кюбитова, което към този момент е добре. Кю битовете се учат да се разполагат по този начин върху чип, че да не си пречат един на различен, а взаимоотношението сред тях да бъде контролируемо, да се включва и изключва по команда.
IBM Research⁄Flickr
Квантовият компютър към този момент наподобява огромен и муден, само че скоро неговият тип ще стане «по-дружелюбен»
С удължаването на кохерентността е обвързван и въпросът с точността на изчисленията: неустойчивостта на квантовите положения води до неточности в резултатите, от които до момента към момента никой компютър не е спасен. За най-надежден се смята 9-кюбитовия компютър, основан от Гугъл през 2016 година – в него вероятността за неточност е 0.1%. В IBM са се придвижили напред в написването на логаритми за автоматизирана промяна на неточности. Евгений
Според Евгений Кузнецов от SingularityUniversity:
Методите за промяна на грешките са не по-малко значим параметър на компютъра от броя на неговите кюбитове. Това е върхът на квантовата мисъл, точно тук скоро ще се разгърне съперничеството.
Отделен е въпросът – ще се получи ли изобщо – квантовият компютър да бъде изработен повсеместен. На този стадий се основават единствено симулатори, способни да работят с стеснен набор от логаритми. Не може да им се зададе случайна задача. Обаче без мултифункционалността, присъща на класическия компютър, квантовият компютър не може да го размени изцяло.
Сега се учи вид за основаване на повсеместен квантов компютър – към това евентуално водят определените от Intel полупроводникови разработки. Няма теоретични бариери, всичко зависи от упоритостите на разработчика. Въпреки, че по-вероятно наподобява потреблението на хибриден модел: зареждаме в квантовия компютър заложената в неговия логаритъм задача, получаваме отговора и по-нататък продължаваме да работим на класическия компютър . – Алексей Федоров. Обаче съгласно Евгений Кузнецов:
Както демонстрира историята на нововъведенията, новите технологии не изместват старите, а ги допълват. Най-вероятно ще се следи синергия: задания, които най-добре се вземат решение на квантов компютър, ще се реалокират там, до момента в който други ще останат на типичен компютри.
При това по продуктивност квантовите компютри изпреварват обичайните компютри безусловно пред очите ни: тази психически значима граница се назовава «квантово превъзходство». Още през 2017 година учените направиха от построени симулатори калкулации, които са недостъпни за елементарните лични компютри. А най-новият 72-кюбитов процесор на Гугъл, съгласно компанията, дефинитивно ще засили «квантовото превъзходство» .
Достигането на тази граница за мнозина наподобява формално « откритие » на квантовия компютър. Въпреки, че Гугъл към момента би трябвало да показа задача, в която да бъдат потвърдени тези техни заявки. Засега това не е направено. Така или другояче, достигането на квантово предимство е въпрос на тази или идната година, в този момент главните старания са ориентирани натам.
Във всеки случай, софтуерният свят може да въздъхне умерено: законът на Мур (удвояване на продуктивността на процесора на всеки две години), най-вероятно, ще бъде удължен. През последните 40 години, в сходство с тази причинност, броят на транзисторите на процесорите се е нараснал от две хиляди до 1,3 милиарда Сега размерът на транзистор съставлява единствено няколко атома, и по-нататъшно му понижаване става все по-трудно (според разнообразни прогнози, теоретичният най-малко ще бъде доближат при започване на 2020-те години). В същото време актуалните суперкомпютри, както и преди не са подобаващи за решение на доста задания.
Идеята за квантовите компютри е дефинирана преди съвсем 40 години, само че тогава те не са изглеждали толкоз належащо нещо – смятало се, че класическият компютър има голям капацитет. Но през днешния ден ние съвсем го изчерпахме. Така че квантовите компютри идват в точния момент.
Надпревара в съображенията
Паралелно с развиването на квантовото «желязо» протича различен исторически развой – откриването на обществен достъп до компютрите. Вече от няколко години всеки може да се възползва от модела от 5-кюбитовия модел Q - Experience на IBM : задоволително е да отидете на уеб страницата на плана, да се свържете към компютъра посредством облачна връзка, и да пуснете на него собствен логаритъм. От тази опция са се възползвали десетки хиляди програмисти от целия свят. Компанията също по този начин е създала 20-кюбитова версия за корпоративни клиенти (Daimler, Honda, Samsung, JPMorganChase). Аналогични планове основава Гугъл.
Според Иван Храпач: Тези на пръв взор алтруистични стъпки са потребни за самите разработчици. Учените са ориентирани към основаване на универсално изчислително устройство и не виждат целия набор от вероятни приложения. Обратната връзка от потребителите е доста комфортна. Компаниите ще схванат кои логаритми интересуват от хората и къде компютърът работи по-добре. Оказа се, за компютъра забавни задания може да се измислят доста, и дори такова «игрално» устройство ще бъде много потребно. Излизането на квантовите компютри на пазара не е въпрос на постигане на избран брой кюбита, или други механически параметри. По-важно е да разберем, за какво те са за обществото, ще бъде ли производството им целесъобразно. А за това би трябвало да се образува потребителска среда към продукта.
Алескей Федоров припомня: Комерсиализацията на технологиите не става в един миг, те се внедряват в бизнеса последователно. Същата обстановка беше в зората на компютърната ера, през 1960-те години на предишния век . Отначало не бе ясно кой се нуждае от компютри. Но хората за тях измислиха за тях разнообразни задания, и в един миг изобретението стана всеобщо. С квантовия компютър към този момент е в ход подобен развой.
По оценка на Market Research Future, в околните години пазарът на квантови компютри (включително съставни елементи, квантов програмен продукт и услуги, основани на него) ще нарасне с 24% на годишна база, достигайки към 2022 година $2,5 млд. Сега D-Wave Systems [първата в света компания, която продава квантови компютри] към този момент доставя компютри с «квантово ускорение» на огромни корпоративни клиенти (Google, Lockheed Martin, NASA) на цена $10-15 млн. за брой (наистина, някои специалисти ги смятат за условно-квантови).
Ако приказваме за разработки, които могат да се появят на пазара през идващите години –очаква се жестока конкуренция. Гугъл, IBM, Intel и Microsoft са вложили в своите планове, съгласно разнообразни оценки, до Щатски долар 500 млн. Наравно с тях в квантовата конкуренция вземат участие започващи [start-up]компании (Rigetti Computing, IonQ, Quantum Circuits), които се основават въз основата на университетите и се употребяват с все по-голямото внимание на вложителите (през предходната година Quantum Circuits е привлякъл $18 млн).
Освен това, в Съединени американски щати, Европейския съюз, Япония и Китай работят държавни квантови стратегии. Така да вземем за пример, при започване на март 2018 бе обявено, че китайските управляващи са си сложили за цел да основат народен 50-кюбитов компютър до 2022 година Общо в света броят на патентите за квантови калкулации е повишен четирикратно през интервала 2014-2017 година Съединени американски щати са водещи с 800 патента през 2017 година, 200 патента от Япония и Китай (данни от Thomson Innovation Database).
Кой ще стане локомотив на квантовата конкуренция?
За започващите компании е по-добре да задействат решения за еластичност и креативност. Големите корпорации имат повече запаси за асортимент на разработчици, обаче тяхната корпоративна система за ръководство е тежка. Днес проблемите на квантовите компютри носят фундаментален темперамент, по тази причина плюсовете и минусите на тези играчи са уравновесени. Когато теоретичните въпроси бъдат решени, стартира интервал на спин-оф [отделяне, отцепване]: от корпорациите и от университети ще се зараждат нови компании, специализиращи се в обособени механически решения. С други думи, квантовите компютри ще навлязат на пазара не под марката на Гугъл , Intel или MIT , а като независими, основани от нулата марки. Също както на времето ARM , основана като като спин-оф на Кеймбриджския университет, накара Intel да излезе от пазара на мобилни технологии. – споделя Евгений Кузнецов.
На квантовия пазар се появяват разнообразни ниши и ще се намерят задания за всички Сега промишлеността се намира в работлив стадий: разработчиците нямат секрети, ние работим оптимално най-открито. Това улеснява притока на нови играчи. Обаче напълно скоро компютърът ще се трансформира от физическа задача в инженерна задача, ще стартира конкуренцията и откритостта ще изчезне. – прибавя Иван Крапач.
В квантовата конкуренция взе участие и Русия, въпреки и със видимо закъснение от водещите страни. През 2011 година е основан Руския квантов център на база на научния град «Сколково». През 2016 година той притегли 400 милиона рубли от " Газпромбанк " и показва на профилните конференции обособени разработки, само че не и цялостен компютър. Скоро центърът ще има съперник: при започване на март стана известно основаването на консорциум за основаване на 50-кюбитов компютър за пет години. Споразумението за това е подписано от Московския държавен университет, Внешэкономбанк, «ВЭБ-инновации», Фонд перспективных исследований и АНО «Цифровая экономика». Очаква се вложенията в плана да възлизат на 900 млн. рубли.
У нас мащабът на вложенията в квантовите компютри не е огромен, за цялата страна той е съпоставим с една-две американски започващи компании. При тези условия – съгласно Алексей Федоров – шансът да се догонят водачите ще се появи, единствено в случай че Русия предложи някаква истинска концепция. Също по този начин остава разновидността да се конкурираме не в хардуера «желязото», а в основаването на квантов програмен продукт [квантово програмно обезпечаване], логаритми.
А съгласно Евгени Кузнецов – Преимущество на Русия в квантовата конкуренция ще стане мощната физико-математическа школа и опцията за по-евтино набиране на гении, в сравнение с в Съединени американски щати. Минус се явява съветската тромавост в организационните въпроси.
Пълен план
Къде може да откри приложение квантовият компютър? Най-често срещаният отговор безусловно цитира концепцията на Ричард Фейнман преди 40 години: «да симулира физиката». Благодарение на ускореното моделиране на биологичните процеси, квантовите компютри ще бъдат потребни в химическата индустрия, фармацевтичните артикули и създаването на нови материали.
Изчислителната химия е освен основаването на медикаменти, само че и цифровото моделиране на човешкото тяло като цяло – отбелязва Евгений Кузнецов. – Сега медицината се движи към това, че не са ни нужни медикаменти, а вярно влияние на клетките, тъй че те самите да контролират процесите в тялото. Обаче за това е нужно друго равнище на схващане на функционалностите му на микрониво. Ще се изисква напълно дигитален двойник на индивида, на който може да се отработят сюжетите на протичане на заболяванията. Аналогични двойници могат да бъдат основани по принцип за всички живи същества. Очаква ни виртуализация на действителността. Да си представим освен дигитален модел на предавка или мотор, а дигитален град, в който може да се усили детайлизацията на всеки обект чак до колелцето, да го разчетете надлъжно и напречно. Радикално ще се трансформират логистиката и процесите на ръководство. Ако няма сривове, след 5-7 години тези въпроси ще бъдат преведени в квантови релси.
Shutterstock
Моделирането на химически съединения с квантов компютър ще открие необятни благоприятни условия за основаване на нови материали и медикаменти.
Друга сфера на приложение на квантовите компютри ще бъде изкуственият разсъдък. В Гугъл още от 2013 година изследват опциите си за програмиране на невронни мрежи и машинно образование. Сега на изкуственият разсъдък ще се наложи да пресее маса от разновидности за избор на най-хубавата опция – квантовите логаритми ще му разрешат да реагира неотложно, съвсем импровизирайки.
Досега индивидът е основал единствено стеснен неестествен интелект [ ИИ ] , стеснен в решаването на специфични задания – споделя Иван Крапач. – Ако са ни нужни универсални роботи, ще се наложи да се обърнем към квантовите способи. Но би трябвало да действаме деликатно, в противоположен случай те неотложно ще станат по-умни от човек.
Заседяхме се на Земята
Космическата агресия дава обещание невероятни облаги за бизнеса, само че тя може по този начин и да си остане красива фантазия.
Също по този начин перспективни наподобяват квантовите калкулации в космонавтиката.
Сега ние събираме доста данни за космоса, само че проучваме оскъдна част от тях –Квантовият компютър ще помогне да увеличим тази част – в идеалния случай до 100%, което ще докара до първокласен прогрес в разбирането на космоса. Напълно е допустимо негова помощ успеем да намерим други пригодни за живот планети или следи от извънзем
Виж всички публикации от Иван Дмитриенко-->
В началото на март 2018 Гугъл разгласи за основаването на най-мощния в света квантов компютър със 72 кюбитов процесор [q - bit , кюбит, квантов обичай = съществена единица информация в квантовия компютър ]. Едновременно с това в Русия бе учреден консорциум, който с държавна поддръжка ще приготвя отечествен отговор на разработките на Гугъл. Новините за квантовите компютри се появяват съвсем всекидневно: макар че теоретичната концепция за такава машина не е нова, едвам през последните години се следи пробив в нейната практическа реализация. Сега мощностите на компютрите порастват експоненциално, а за водачество в повишаването им се конкурират десетки лаборатории по целия свят.
Счита се, че квантовите компютри ще дойдат в подмяна на класическите компютри, демонстрирайки по-добра продуктивност заради своята особена физическа природа. Символичен миг ще стане достигането на « квантово предимство » – границата, на която квантов компютър ще се оправи със задача, непостижима за неговия обичаен «събрат». Въпреки, че това е единствено на половина от работата: учените към момента следва да усъвършенстват свойствата на квантовите чипове, да изключат грешките при изчисленията, да разработят квантов програмен продукт за разнообразни задания, и да понижат размерите на устройствата.
След като тези въпроси бъдат решени, квантовите компютри неизбежно ще се втурнат на пазара. Техният търговски капацитет е грамаден: от търсенето в бази данни до основаването на цифрово копие на целия човешки живот. При това самите разработчици не си показват до дъно къде ще бъде потребен квантовият компютър: чака се, че той ще въодушеви зараждането на нови браншове, в последна сметка като преустрои цялата нормална среда на обитаване. Трудно е даже да си представим мащаба на битовите и психически трансформации, пред които светът ще се изправи в квантовото бъдеще. Обаче той ще донесе и нови рискове – в това число до тотално разтрошаване на пароли, обществени катаклизми и кибервойни.
Квантовият скок
В началото на ХХ век работите на Алберт Айнщайн и Макс Планк поставят основите на квантовата механика, която разказва света на микрониво. Благодарение на нея разбрахме, че животът вътре в атома протича по изцяло разнообразни закони: координатите и скоростта на частиците се намират в «окачено», кардинално несигурно положение. От средата на ХХ век светът стартира да се изпълва с технологии, учредени на откритията на квантовата механика. Например лазерът – квантов източник на светлина. Като цяло, цялата компютърна промишленост – интегрални схеми, флаш памет, компактдискове и така нататък – дължи своето пораждане на квантовата доктрина.
Обаче в тази ера (наречена в някои източници «първа квантова революция») става въпрос единствено за групово ръководство на потоците от частици. Да работят поотделно с частиците, учените тогава още не умеят. Подобни начинания стартират да се появяват при започване на 1980-те години. През 1981 година физикът Ричард Файнман произнася популярната си тирада в Масачузетския софтуерен институт (MIT): «Понеже природата на материята е квантова, на атомно равнище може да я моделира единствено компютър, учреден на квантови принципи» . В същото време концепцията за квантовите калкулации показва руският математик Юрий Манин.
Квантовият компютър се разграничава от обичайния компютър толкоз коренно, колкото последният – от дървените сметала.
Ако в елементарния компютър единицата за запазване (запаметяване) на информация – един обичай – приема смисли 0 или 1, то квантовият обичай ( кюбит ) може да се намира в двете положения (0 и 1) по едно и също време ( « квантова суперпозиция » ) , т.е. той може да бъде «измерен» единствено с някакъв % възможност. На процедура това форсира изчисленията в случаите, когато за намиране на отговор би трябвало да се обработват голям брой разновидности. Например, в случай че на обичаен компютър се разпореди търсене на излаз от лабиринт, машината минава през всички разновидности на пътища (маршрути) от лабиринта, стига до всички вероятни пътища без излаз, и чак тогава обяснява, къде е изходът. Квантовият компютър ще се «движи» по всички направления по едно и също време и незабавно ще даде отговор.
В края на ХХ век учените мъчно се удава да напредват на квантовия фронт. През 1980-те концепцията за квантовите калкулации въобще не е конкретизирана. Едва през 1990-те са дефинирани базовите интервенции – алгоритъм на Шор за разложение на числата на елементарни множители (най-прост образец – 5x3 = 15) и алгоритъм на Гроувър за търсене на информация в бази данни. През 2000 година в Мюнхенския механически университет основават 5-кюбитов компютър, а през 2001 година в IBM показват 7-кюбитов компютър. По-нататък работата се прекъсва.
Алексей Федоров, старши теоретичен помощник от Руския квантов център изяснява:
На прага сред двата века основаването и ръководството на квантовите системи наподобява нерешима задача. «Да се улови» един атом, да се управляват и измерят неговите характерности – тогава за това е бил необходим научният напредък от последните 10–15 години. Сега обаче базовият набор от технологии е основан. Формирано е също и схващане за това, на какво е кадърен един квантов компютър. Плюс това, през последните 3-4 години потекоха вложения за създаването. Тоест, всички трендове се сляха в едно.
Отделно внимание заслужава многообразието от квантови технологии: кюбитове се основават на основата на ултрастудени атоми (групата Лукин – Харвардски университет), йонни клопки (групата в Мериленд), полупроводникови спинове (Intel), свръхпроводящи детайли (Google). Фактът, че няколко платформи по едно и също време са достигнали високо равнище е впечатляващ. Преди няколко години изглеждаше, че безалтернативна технология ще бъдат свръхпроводящите кюбитове, обаче в този момент са открити други сполучливи решения. Това изостря конкуренцията.
2017 година носи същински пробив в мащаба на квантовите технологии. През юли интернационална група, ръководена от харвардския професор Михаил Лукин, основават 51-кюбитов компютър. През ноември Университетът на Мериленд се появява 53-кюбитов образец, а в IBM – 50-кюбитов компютър.
Евгений Кузнецов от Singularity University [Университет на сингулярността – частна компания, университет, мозъчен център и бизнес развъдник в Силиконовата котловина, фокусирана върху научния напредък и експоненциалните технологии] предвижда:
Компютри с няколко стотин кюбита ще бъдат издигнати тази или идната година, а компютри с няколко хиляди кюбита – след три до пет години. Растежът следва експоненциална траектория, какъвто нормално е казусът с технологиите. Отначало напредъкът се прави внимателно, като наподобява, че нищо не се случва. Обаче в този момент се е натрупала сериозна маса от достижения, и развиването ще бъде извънредно бързо.
Коварните кюбитове
Обаче пред разработчиците има остават значително проблеми от научен и на практика темперамент. Операциите с кюбитове (квантови битове) са затруднени заради тяхната квантова природа. Най-малкият контакт с външната среда заплашва кюбита със загуба на скъпото му положение на суперпозиция. При това групите кюбитове може да бъдат в това положение единствено дружно (свързани, или в кохерентно състояние): " счупването " на един кюбит събаря цялата нежна система (декохерентност). В резултат на това, колкото повече са задействаните в компютъра кюбитове, толкоз по-трудно е да се стабилизира тяхната работа. Засега не се удава поддържане на кюбитове в положение на кохерентност и секунда – за това време не може да се пресметна доста. Един от първите способи за битка с декохерентността предлага съветският физик Алексей Китаев през 1997 година
Според Иван Храпач от лабораторията за изкуствени квантови системи при Московския физико-технически институт:
Постепенно тези способи стартират да работят все по-успешо. В 72-кюбитовата система на Гугъл кохерентността не е понижена, спрямо 50-кюбитова, което към този момент е добре. Кю битовете се учат да се разполагат по този начин върху чип, че да не си пречат един на различен, а взаимоотношението сред тях да бъде контролируемо, да се включва и изключва по команда.
IBM Research⁄Flickr
Квантовият компютър към този момент наподобява огромен и муден, само че скоро неговият тип ще стане «по-дружелюбен»
С удължаването на кохерентността е обвързван и въпросът с точността на изчисленията: неустойчивостта на квантовите положения води до неточности в резултатите, от които до момента към момента никой компютър не е спасен. За най-надежден се смята 9-кюбитовия компютър, основан от Гугъл през 2016 година – в него вероятността за неточност е 0.1%. В IBM са се придвижили напред в написването на логаритми за автоматизирана промяна на неточности. Евгений
Според Евгений Кузнецов от SingularityUniversity:
Методите за промяна на грешките са не по-малко значим параметър на компютъра от броя на неговите кюбитове. Това е върхът на квантовата мисъл, точно тук скоро ще се разгърне съперничеството.
Отделен е въпросът – ще се получи ли изобщо – квантовият компютър да бъде изработен повсеместен. На този стадий се основават единствено симулатори, способни да работят с стеснен набор от логаритми. Не може да им се зададе случайна задача. Обаче без мултифункционалността, присъща на класическия компютър, квантовият компютър не може да го размени изцяло.
Сега се учи вид за основаване на повсеместен квантов компютър – към това евентуално водят определените от Intel полупроводникови разработки. Няма теоретични бариери, всичко зависи от упоритостите на разработчика. Въпреки, че по-вероятно наподобява потреблението на хибриден модел: зареждаме в квантовия компютър заложената в неговия логаритъм задача, получаваме отговора и по-нататък продължаваме да работим на класическия компютър . – Алексей Федоров. Обаче съгласно Евгений Кузнецов:
Както демонстрира историята на нововъведенията, новите технологии не изместват старите, а ги допълват. Най-вероятно ще се следи синергия: задания, които най-добре се вземат решение на квантов компютър, ще се реалокират там, до момента в който други ще останат на типичен компютри.
При това по продуктивност квантовите компютри изпреварват обичайните компютри безусловно пред очите ни: тази психически значима граница се назовава «квантово превъзходство». Още през 2017 година учените направиха от построени симулатори калкулации, които са недостъпни за елементарните лични компютри. А най-новият 72-кюбитов процесор на Гугъл, съгласно компанията, дефинитивно ще засили «квантовото превъзходство» .
Достигането на тази граница за мнозина наподобява формално « откритие » на квантовия компютър. Въпреки, че Гугъл към момента би трябвало да показа задача, в която да бъдат потвърдени тези техни заявки. Засега това не е направено. Така или другояче, достигането на квантово предимство е въпрос на тази или идната година, в този момент главните старания са ориентирани натам.
Във всеки случай, софтуерният свят може да въздъхне умерено: законът на Мур (удвояване на продуктивността на процесора на всеки две години), най-вероятно, ще бъде удължен. През последните 40 години, в сходство с тази причинност, броят на транзисторите на процесорите се е нараснал от две хиляди до 1,3 милиарда Сега размерът на транзистор съставлява единствено няколко атома, и по-нататъшно му понижаване става все по-трудно (според разнообразни прогнози, теоретичният най-малко ще бъде доближат при започване на 2020-те години). В същото време актуалните суперкомпютри, както и преди не са подобаващи за решение на доста задания.
Идеята за квантовите компютри е дефинирана преди съвсем 40 години, само че тогава те не са изглеждали толкоз належащо нещо – смятало се, че класическият компютър има голям капацитет. Но през днешния ден ние съвсем го изчерпахме. Така че квантовите компютри идват в точния момент.
Надпревара в съображенията
Паралелно с развиването на квантовото «желязо» протича различен исторически развой – откриването на обществен достъп до компютрите. Вече от няколко години всеки може да се възползва от модела от 5-кюбитовия модел Q - Experience на IBM : задоволително е да отидете на уеб страницата на плана, да се свържете към компютъра посредством облачна връзка, и да пуснете на него собствен логаритъм. От тази опция са се възползвали десетки хиляди програмисти от целия свят. Компанията също по този начин е създала 20-кюбитова версия за корпоративни клиенти (Daimler, Honda, Samsung, JPMorganChase). Аналогични планове основава Гугъл.
Според Иван Храпач: Тези на пръв взор алтруистични стъпки са потребни за самите разработчици. Учените са ориентирани към основаване на универсално изчислително устройство и не виждат целия набор от вероятни приложения. Обратната връзка от потребителите е доста комфортна. Компаниите ще схванат кои логаритми интересуват от хората и къде компютърът работи по-добре. Оказа се, за компютъра забавни задания може да се измислят доста, и дори такова «игрално» устройство ще бъде много потребно. Излизането на квантовите компютри на пазара не е въпрос на постигане на избран брой кюбита, или други механически параметри. По-важно е да разберем, за какво те са за обществото, ще бъде ли производството им целесъобразно. А за това би трябвало да се образува потребителска среда към продукта.
Алескей Федоров припомня: Комерсиализацията на технологиите не става в един миг, те се внедряват в бизнеса последователно. Същата обстановка беше в зората на компютърната ера, през 1960-те години на предишния век . Отначало не бе ясно кой се нуждае от компютри. Но хората за тях измислиха за тях разнообразни задания, и в един миг изобретението стана всеобщо. С квантовия компютър към този момент е в ход подобен развой.
По оценка на Market Research Future, в околните години пазарът на квантови компютри (включително съставни елементи, квантов програмен продукт и услуги, основани на него) ще нарасне с 24% на годишна база, достигайки към 2022 година $2,5 млд. Сега D-Wave Systems [първата в света компания, която продава квантови компютри] към този момент доставя компютри с «квантово ускорение» на огромни корпоративни клиенти (Google, Lockheed Martin, NASA) на цена $10-15 млн. за брой (наистина, някои специалисти ги смятат за условно-квантови).
Ако приказваме за разработки, които могат да се появят на пазара през идващите години –очаква се жестока конкуренция. Гугъл, IBM, Intel и Microsoft са вложили в своите планове, съгласно разнообразни оценки, до Щатски долар 500 млн. Наравно с тях в квантовата конкуренция вземат участие започващи [start-up]компании (Rigetti Computing, IonQ, Quantum Circuits), които се основават въз основата на университетите и се употребяват с все по-голямото внимание на вложителите (през предходната година Quantum Circuits е привлякъл $18 млн).
Освен това, в Съединени американски щати, Европейския съюз, Япония и Китай работят държавни квантови стратегии. Така да вземем за пример, при започване на март 2018 бе обявено, че китайските управляващи са си сложили за цел да основат народен 50-кюбитов компютър до 2022 година Общо в света броят на патентите за квантови калкулации е повишен четирикратно през интервала 2014-2017 година Съединени американски щати са водещи с 800 патента през 2017 година, 200 патента от Япония и Китай (данни от Thomson Innovation Database).
Кой ще стане локомотив на квантовата конкуренция?
За започващите компании е по-добре да задействат решения за еластичност и креативност. Големите корпорации имат повече запаси за асортимент на разработчици, обаче тяхната корпоративна система за ръководство е тежка. Днес проблемите на квантовите компютри носят фундаментален темперамент, по тази причина плюсовете и минусите на тези играчи са уравновесени. Когато теоретичните въпроси бъдат решени, стартира интервал на спин-оф [отделяне, отцепване]: от корпорациите и от университети ще се зараждат нови компании, специализиращи се в обособени механически решения. С други думи, квантовите компютри ще навлязат на пазара не под марката на Гугъл , Intel или MIT , а като независими, основани от нулата марки. Също както на времето ARM , основана като като спин-оф на Кеймбриджския университет, накара Intel да излезе от пазара на мобилни технологии. – споделя Евгений Кузнецов.
На квантовия пазар се появяват разнообразни ниши и ще се намерят задания за всички Сега промишлеността се намира в работлив стадий: разработчиците нямат секрети, ние работим оптимално най-открито. Това улеснява притока на нови играчи. Обаче напълно скоро компютърът ще се трансформира от физическа задача в инженерна задача, ще стартира конкуренцията и откритостта ще изчезне. – прибавя Иван Крапач.
В квантовата конкуренция взе участие и Русия, въпреки и със видимо закъснение от водещите страни. През 2011 година е основан Руския квантов център на база на научния град «Сколково». През 2016 година той притегли 400 милиона рубли от " Газпромбанк " и показва на профилните конференции обособени разработки, само че не и цялостен компютър. Скоро центърът ще има съперник: при започване на март стана известно основаването на консорциум за основаване на 50-кюбитов компютър за пет години. Споразумението за това е подписано от Московския държавен университет, Внешэкономбанк, «ВЭБ-инновации», Фонд перспективных исследований и АНО «Цифровая экономика». Очаква се вложенията в плана да възлизат на 900 млн. рубли.
У нас мащабът на вложенията в квантовите компютри не е огромен, за цялата страна той е съпоставим с една-две американски започващи компании. При тези условия – съгласно Алексей Федоров – шансът да се догонят водачите ще се появи, единствено в случай че Русия предложи някаква истинска концепция. Също по този начин остава разновидността да се конкурираме не в хардуера «желязото», а в основаването на квантов програмен продукт [квантово програмно обезпечаване], логаритми.
А съгласно Евгени Кузнецов – Преимущество на Русия в квантовата конкуренция ще стане мощната физико-математическа школа и опцията за по-евтино набиране на гении, в сравнение с в Съединени американски щати. Минус се явява съветската тромавост в организационните въпроси.
Пълен план
Къде може да откри приложение квантовият компютър? Най-често срещаният отговор безусловно цитира концепцията на Ричард Фейнман преди 40 години: «да симулира физиката». Благодарение на ускореното моделиране на биологичните процеси, квантовите компютри ще бъдат потребни в химическата индустрия, фармацевтичните артикули и създаването на нови материали.
Изчислителната химия е освен основаването на медикаменти, само че и цифровото моделиране на човешкото тяло като цяло – отбелязва Евгений Кузнецов. – Сега медицината се движи към това, че не са ни нужни медикаменти, а вярно влияние на клетките, тъй че те самите да контролират процесите в тялото. Обаче за това е нужно друго равнище на схващане на функционалностите му на микрониво. Ще се изисква напълно дигитален двойник на индивида, на който може да се отработят сюжетите на протичане на заболяванията. Аналогични двойници могат да бъдат основани по принцип за всички живи същества. Очаква ни виртуализация на действителността. Да си представим освен дигитален модел на предавка или мотор, а дигитален град, в който може да се усили детайлизацията на всеки обект чак до колелцето, да го разчетете надлъжно и напречно. Радикално ще се трансформират логистиката и процесите на ръководство. Ако няма сривове, след 5-7 години тези въпроси ще бъдат преведени в квантови релси.
Shutterstock
Моделирането на химически съединения с квантов компютър ще открие необятни благоприятни условия за основаване на нови материали и медикаменти.
Друга сфера на приложение на квантовите компютри ще бъде изкуственият разсъдък. В Гугъл още от 2013 година изследват опциите си за програмиране на невронни мрежи и машинно образование. Сега на изкуственият разсъдък ще се наложи да пресее маса от разновидности за избор на най-хубавата опция – квантовите логаритми ще му разрешат да реагира неотложно, съвсем импровизирайки.
Досега индивидът е основал единствено стеснен неестествен интелект [ ИИ ] , стеснен в решаването на специфични задания – споделя Иван Крапач. – Ако са ни нужни универсални роботи, ще се наложи да се обърнем към квантовите способи. Но би трябвало да действаме деликатно, в противоположен случай те неотложно ще станат по-умни от човек.
Заседяхме се на Земята
Космическата агресия дава обещание невероятни облаги за бизнеса, само че тя може по този начин и да си остане красива фантазия.
Също по този начин перспективни наподобяват квантовите калкулации в космонавтиката.
Сега ние събираме доста данни за космоса, само че проучваме оскъдна част от тях –Квантовият компютър ще помогне да увеличим тази част – в идеалния случай до 100%, което ще докара до първокласен прогрес в разбирането на космоса. Напълно е допустимо негова помощ успеем да намерим други пригодни за живот планети или следи от извънзем
Виж всички публикации от Иван Дмитриенко-->
Източник: klassa.bg
КОМЕНТАРИ