Stephenas Hawkingas kartą pasiūlė Alberto Einšteino teiginys, kad „Dievas nežaidžia kauliukais“ su visata, buvo klaidingas. Hawkingo nuomone, juodųjų skylių fizikos atradimas patvirtino, kad Dievas ne tik žaidė kauliukais, bet ir „kartais mus klaidina mesdamas juos ten, kur jų nesimato“.
Ar mes čia atsitiktinai ar sumanydami?
Pragmatiškesnis požiūris į klausimą, atsižvelgiant į temą, būtų manyti, kad visi atsakymai yra teisingi. Tiesą sakant, tai yra kvantinės fizikos pagrindas.
Štai paprasčiausias paaiškinimas, kaip visa tai veikia, kurį kada nors perskaitėte: įsivaizduokite, kad metate monetą ir saugiai nueinate, žinodami, kad ji atsidūrė ant galvų ar uodegų.
Jei pažvelgsime į visą visatą ir pradėsime priartinti tol, kol pasieksite mažiausias daleles, jų sąveikoje pamatysite tą patį poveikį. Jie arba padarys vieną, arba kitą dalyką. Ir kol jų nepastebi, tas potencialas išlieka.
Turėdami visą potencialą visatoje, kuris tik laukia, kol bus pastebėtas, galime sukurti kvantinius kompiuterius.
Tačiau, kaip ir visi kvantiniai dalykai, yra dvilypumas, susijęs su Dievo kauliukų panaudojimu mūsų pačių žmogiškiesiems poreikiams. Už kiekvieną mūsų sugalvotą neįtikėtiną kvantinės inžinerijos žygdarbį – tiesiog palaukite, kol apie tai perskaitysite lazeriniai pincetai ir laiko kristalai — mums reikia tam tikros įžemintos technologijos, kad galėtume ją valdyti.
Iš tikrųjų tokio dalyko kaip „grynai kvantinis kompiuteris“ nėra ir tikriausiai niekada nebus. Jos visos vienaip ar kitaip yra hibridinės kvantinės klasikinės sistemos.
Kvantinė kompiuterija
Pradėkime nuo to, kodėl mums reikia kvantinių kompiuterių. Klasikiniai (arba dvejetainiai, kaip jie dažnai vadinami) kompiuteriai – tokie, kuriuose skaitote šį tekstą – įgyvendina tikslus spręsdami užduotis.
Mes programuojame kompiuterius daryti tai, ko norime, suteikdami jiems komandų seriją. Jei paspaudžiu klaviatūros klavišą „A“, tada kompiuterio ekrane bus rodoma raidė „A“.
Kažkur mašinos viduje yra kodas, nurodantis, kaip interpretuoti klavišo paspaudimą ir kaip rodyti rezultatus.
Mūsų rūšiai prireikė maždaug 200 000 metų, kad to pasiektų.
Maždaug per pastarąjį šimtmetį supratome, kad Niutono fizika netaikoma labai mažo mastelio dalykams, pavyzdžiui, dalelėms, arba ypač masyviems objektams, pavyzdžiui, juodosioms skylėms.
Naudingiausia pamoka, kurią išmokome palyginti neseniai atlikdami kvantinės fizikos tyrimą dalelės gali susipainioti.
Kvantiniai kompiuteriai leidžia mums panaudoti įsipainiojimo galią. Užuot laukę, kol bus įvykdyta viena komanda, kaip tai daro dvejetainiai kompiuteriai, kvantiniai kompiuteriai gali padaryti visas išvadas iš karto. Iš esmės jie gali sugalvoti (beveik) visus galimus atsakymus vienu metu.
Pagrindinė nauda iš to yra laikas. Modeliavimo arba optimizavimo užduotis, kuriai superkompiuteris gali užtrukti mėnesį, kvantiniame kompiuteryje gali būti atlikta vos per kelias sekundes.
Labiausiai dažniausiai cituojamas To pavyzdys yra narkotikų atradimas. Norėdami sukurti naujus vaistus, mokslininkai turi ištirti jų cheminę sąveiką. Tai panašu į adatos ieškojimą nesibaigiančiame šieno kupetų lauke.
Visatoje yra beveik be galo daug galimų cheminių derinių, kurių atskirų kombinuotų cheminių reakcijų rūšiavimas yra užduotis, kurios joks superkompiuteris negali atlikti per naudingą laiką.
Kvantinė kompiuterija žada paspartinti tokio pobūdžio užduotis ir padaryti anksčiau neįmanomus skaičiavimus įprastais.
Tačiau norint sukurti šiuos itin greitus rezultatus, reikia ne tik brangios, pažangiausios techninės įrangos.
Hibridinis kvantinis kompiuteris pateko į pokalbį
Hibridinės kvantinės skaičiavimo sistemos sujungia klasikines skaičiavimo platformas ir programinę įrangą su kvantiniais algoritmais ir modeliavimu.
Ir kadangi jie yra juokingai brangūs ir dažniausiai eksperimentiniai, jie beveik išimtinai pasiekiami naudojant debesies ryšį.
Tiesą sakant, yra visas komplektas kvantinės technologijos ten, išskyrus hibridą kvantiniai kompiuteriainors tai technologija, kuri sulaukia daugiausiai dėmesio.
Neseniai duodamas interviu su Neural, generaliniu direktoriumi SandboxAQ („Google“ brolių ir seserų įmonė, priklausanti „Alphabet“ skėčiui), Jackas Hidary apgailestavo:
Dėl kokių nors priežasčių pagrindinė žiniasklaida, atrodo, koncentruojasi tik į kvantinį skaičiavimą.
Taip pat yra kvantinis jutimas, kvantiniai ryšiai, kvantinis vaizdavimas ir kvantinis modeliavimas, nors kai kurie iš jų taip pat sutampa su kvantiniu hibridiniu skaičiavimu.
Esmė ta, kaip Hidary taip pat sakė Neuralui, „mes esame vingio taške“. Kvantinės technologijos nebėra tolimos ateities technologija. Šiandien čia yra įvairių formų.
Tačiau šio straipsnio taikymo sritis apsiriboja hibridinėmis kvantinio skaičiavimo technologijomis. Ir dėl to mes sutelkiame dėmesį į du dalykus:
- Kvantinės atkaitinimo sistemos
- Vartais pagrįsti kvantiniai kompiuteriai
Čia ar eiti?
Kvantinio skaičiavimo pasaulyje yra dviejų rūšių problemos: optimizavimo problemos ir… tokios, kurios nėra optimizavimo problemos.
Pirmajam jums reikia kvantinio atkaitinimo sistemos. O dėl viso kito jums reikia vartais pagrįsto kvantinio kompiuterio… tikriausiai. Jie vis dar yra labai ankstyvose vystymosi stadijose.
Tačiau tokios įmonės kaip D-Wave jau dešimtmečius kuria kvantinio atkaitinimo sistemas.
Štai kaip D-Wave aprašo atkaitinimo procesas:
Sistemos prasideda nuo kubitų rinkinio, kurių kiekvienas superpozicijos būsenoje yra 0 ir 1. Jie dar nėra susieti. Kai jiems atliekamas kvantinis atkaitinimas, įvedami jungtys ir poslinkiai, o kubitai susipainioja. Šiuo metu sistemoje yra daugybė galimų atsakymų. Atkaitinimo pabaigoje kiekvienas kubitas yra klasikinės būsenos, kuri reiškia minimalią problemos energijos būseną arba labai artimą jai.
Štai kaip mes tai apibūdiname čia, Neural: ar jūs kada nors matėte vieną iš tų 3-D pin meno skulptūrų dalykų?
Tai beveik toks atkaitinimo procesas. Skulptūroje yra kompiuteris, o jūsų ranka – atkaitinimo procesas. Tai, kas liko, yra „minimali problemos energijos būsena“.
Kita vertus, vartais pagrįsti kvantiniai kompiuteriai ranka, funkcionuoti visiškai kitaip. Jie yra neįtikėtinai sudėtingi ir yra daug skirtingų būdų juos įgyvendinti, tačiau iš esmės jie veikia algoritmai.
Tai apima naują pažangiausią „Microsoft“ eksperimentinę sistemą, kuri, pasak naujausias tinklaraščio įrašas, yra beveik paruoštas geriausiu laiku:
„Microsoft“ požiūris buvo siekti topologinio kubito, turinčio integruotą apsaugą nuo aplinkos triukšmo, o tai reiškia, kad norint atlikti naudingus skaičiavimus ir ištaisyti klaidas, turėtų prireikti daug mažiau kubitų. Topologiniai kubitai taip pat turėtų sugebėti greitai apdoroti informaciją, o plokštelėje, kuri yra mažesnė už kredito kortelės saugos lustą, gali tilpti daugiau nei milijonas.
Ir net patys atsitiktiniausi mokslo skaitytojai tikriausiai yra girdėję apie nuostabią „Google“. laiko kristalas proveržis.
Praeitais metais, čia NeuralAš parašiau:
„Google“ laiko kristalai gali būti didžiausias mūsų gyvenimo mokslo laimėjimas.
Laiko kristalas yra nauja materijos fazė, kuri, supaprastinta, būtų tarsi snaigė, kuri nuolat svyruoja pirmyn ir atgal tarp dviejų skirtingų konfigūracijų. Vieną akimirką tai yra septynkampė gardelė, o kitą – dešimtkampė, ar dar kas nors.
Laiko kristaluose nuostabu yra tai, kad kai jie sukasi pirmyn ir atgal tarp dviejų skirtingų konfigūracijų, jie nepraranda ir nenaudoja jokios energijos.
Po velnių, net „D-Wave“, įmonė, įtraukusi į žemėlapį kvantinį atkaitinimą, planuoja pristatyti kelių platformų hibridinis kvantinis skaičiavimas masėms su būsimu vartų modeliu.
Kas bus toliau kvantinių skaičiavimų pramonėje
Kvantinės kompiuterijos pramonė jau klesti. Kalbant apie „Neural“, pagrindinis srautas tik dabar pradeda suvokti, kaip atrodys 2030-ieji.
Kaip „Neural“ pasakojo Bobas Wisnieffas, „IBM Quantum“ technologijų vadovas dar 2019 metais kai IBM pristatė savo pirmąją komercinę kvantinę sistemą:
Mes turime būti tinkamoje vietoje tinkamu laiku, kad galėtume atlikti kvantinį skaičiavimą, tai yra džiaugsmo projektas… Šis dizainas yra esminis technologijų momentas.
Pasak Wisnieffo ir kitų, kuriančių rytojaus hibridines kvantines kompiuterines sistemas, laikas nuo eksperimentinio iki visiškai įdiegto yra labai trumpas.
Kai atkaitinimo ir panašios kvantinio optimizavimo sistemos buvo naudojamos daugelį metų, dabar matome pirmosios kartos vartais pagrįstus modelius. kvantinis pranašumas ateiti į turgų.
Galbūt prisiminsite, kad skaitėte apie „kvantinė viršenybė“ prieš keletą metų. Kvantinis pranašumas yra tas pats, bet semantiškai jis yra šiek tiek tikslesnis. Abu terminai reiškia tašką, kai kvantinis kompiuteris gali atlikti tam tikrą funkciją per pagrįstą laiką, o tai atlikti klasikiniam kompiuteriui užtruktų per ilgai.
Priežastis, dėl kurios „viršenybė“ greitai tapo nepalanki, yra ta, kad kvantiniai kompiuteriai remiasi klasikiniais kompiuteriais, kad atliktų šias funkcijas, todėl prasmingiau sakyti, kad jie suteikia pranašumą, kai naudojami kartu. Tai yra pats apibrėžimas hibridinis kvantinis skaičiavimas.
O kas toliau? Mažai tikėtina, kad netrukus pamatysite kvantinių skaičiavimų paradą. Nebus kvantinių kompiuterių „iPhone“ ar kultūrinio senumo, kuris supa konkretaus procesoriaus paleidimą.
Vietoj to, kaip ir visi didieji mokslo dalykai, per ateinančius penkerius, 10, 100 ir 1000 metų mokslininkai ir inžinieriai ir toliau perduos estafetę iš kartos į kartą, kai atsistos ant milžinų pečių, kad pamatytų. į ateitį.
Dėl jų nuolatinio darbo, tikėtina, kad per savo gyvenimą pamatysime didžiulius elektros tinklų patobulinimus, masinių planavimo konfliktų sprendimą, dinamišką pristatymo optimizavimą, tobulus kvantinės chemijos modeliavimus ir net pirmuosius tolimos ateities technologijų, pvz. kaip metmenų varikliai.
Ši technologijų pažanga pagerins mūsų gyvenimo kokybę, pailgins mūsų gyvenimą ir padės pakeisti žmogaus sukeltą klimato kaitą.
Hibridinis kvantinis kompiuteris, mūsų nuolankia nuomone, čia, Neural, yra vienintelė svarbiausia technologija, kurią žmonija kada nors stengėsi sukurti. Tikimės, kad liksite su mumis, kai ir toliau ieškosime aprėpties šios naujos ir įdomios inžinerijos srities paribyje.