Kitas milžiniškas šuolis: kodėl Borisas Johnsonas nori „didėti“ kvantinio skaičiavimo srityje | Kompiuterija


TKasdieniais kompiuteriais, tokiais kaip išmanieji telefonai ir nešiojamieji kompiuteriai, sukurta technologija padarė šiuolaikinio gyvenimo perversmą tiek, kad be jos neįsivaizduojamas mūsų kasdienis gyvenimas. Tačiau alternatyvus skaičiavimo metodas sparčiai tobulėja, o Borisas Johnsonas yra tarp žmonių, kurie tai pastebėjo. Jam reikės peržengti savo kalbinio miklumo ribas, kad tai paaiškintų.

Kvantinė kompiuterija pagrįsta Kvantinė fizika, kuriame nagrinėjama, kaip veikia subatominės dalelės, sudarančios visatą. Praėjusią savaitę, žadėjo premjeras JK „sudės daug dėmesio į kvantinį skaičiavimą“, sukurdama bendrosios paskirties kvantinį kompiuterį ir iki 2040 m. užsitikrins 50 % pasaulinės kvantinių kompiuterių rinkos. šiemet technologijų supervalstybės Kinija ir JAV.

Peteris Leekas, Oksfordo universiteto dėstytojas ir kvantinių skaičiavimų ekspertas, sako, kad „klasikinis“ skaičiavimas (bendras skaičiavimo terminas, kaip mes jį žinome) buvo neįtikėtinas XX amžiaus laimėjimas, tačiau „taip, kaip mes dabar apdorojame informaciją kompiuteriuose „Neišnaudokite visų mums žinomų fizikos dėsnių privalumų“.

Tačiau darbas kvantinės fizikos srityje suteikė mums naują ir galingesnį informacijos apdorojimo būdą. „Jei galite naudoti kvantinės fizikos principus informacijai apdoroti, galite atlikti įvairius skaičiavimų tipus, kurių negalite atlikti įprastais kompiuteriais“, – sako Leekas.

Klasikiniai kompiuteriai savo informaciją koduoja bitais (pavaizduotais 0 arba 1), kurie perduodami kaip elektros impulsas. Teksto žinutė, el. laiškas ar net „Netflix“ filmas, transliuojamas jūsų telefone, yra šių dalių virtinė. Tačiau kvantiniuose kompiuteriuose informacija yra kvantiniame bite arba kubite. Šie kubitai, įtraukti į nedidelio dydžio lustą, yra dalelės, tokios kaip elektronai ar fotonai, kurios vienu metu gali būti keliose būsenose, o tai kvantinės fizikos savybė, žinoma kaip superpozicija. Tai reiškia, kad kubitai gali užkoduoti įvairius 1 ir 0 derinius vienu metu ir apskaičiuoti savo kelią per daugybę skirtingų rezultatų.

„Jei palygintumėte atminties dalį įprastame kompiuteryje, ji yra unikalios vienetų ir nulių būsenos, sutvarkyta tam tikru būdu. Kvantiniame kompiuteryje ta atmintis vienu metu gali būti visose įmanomose vienetų ir nulių būsenose“, – sako Leekas.

Norint iš tikrųjų panaudoti šią galią, reikia „supainioti“ kubitų poras: jei padvigubinate kubitų skaičių, skaičiavimo galia didėja eksponentiškai. Susiekite šias susipynusias kubitų poras ir gausite labai galingą kompiuterį, galintį perskaityti skaičius neregėtu greičiu, jei yra kvantinis algoritmas (instrukcijų rinkinys, kurį seka kompiuteris) norint atlikti skaičiavimus.

Jay Gambetta, praėjusią savaitę pristatytos IBM kvantinio skaičiavimo viceprezidentas galingiausias pasaulyje kvantinis procesorius, sako: „Kombinuotos sistemos skaičiavimo galia yra daug didesnė nei atskirų sistemų. Kompiuterių firmos JAV pagamintas Eagle kvantinis procesorius – tam tikros rūšies kompiuterio lustai – sujungia 127 kubitus, palyginti su 66 kubitais, kuriuos neseniai pasiekė Kinijos mokslo ir technologijų universitetas (USTC) Hefėjuje.

Gambetta pabrėžia, kad kvantinių kompiuterių praktinis pritaikymas dar nėra, tačiau teoriškai jie gali turėti įdomių panaudojimo būdų, pavyzdžiui, padėti kurti naujas chemines medžiagas, vaistus ir lydinius. Gambetta teigia, kad kvantinis skaičiavimas gali lemti daug veiksmingesnį cheminių junginių atvaizdavimą, tiksliai numatydamas, ką gali padaryti sudėtinga molekulė, ir atverdamas kelią naujiems vaistams ir medžiagoms. „Tai suteikia mums galimybę geriau modeliuoti gamtą“, – priduria jis.

Gambetta teigia, kad yra būdų, kaip kvantinis kompiuteris gali padėti kovoti su visuotiniu šildymu, efektyviau atskirdamas anglies dioksidą į deguonį ir anglies monoksidą, taip sumažindamas CO kiekį.2 atmosferoje. Arba kvantinė kompiuterija galėtų padėti suprasti, kaip galime pasigaminti trąšų naudojant daug mažiau energijos.

Praėjusiais metais IBM bendradarbiavo su Vokietijos automobilių gamintoju „Daimler“, „Mercedes-Benz“ patronuojančia, siekdama panaudoti kvantinį skaičiavimą naujam modeliavimui. ličio baterijos. Atsinaujinanti energija, vaistai, elektromobiliaitrąšos: jei tai tik dalis produktų, kuriuos galima patobulinti naudojant kvantinę kompiuteriją, tai suprantama, kad JK nori būti rinkos priešakyje.

Kai kvantinis kompiuteris pasieks 1000 kubitų lygį, jis turėtų sugebėti pasiekti tai, ką IBM vadinamas „kvantiniu pranašumu“, kai kvantinis kompiuteris nuosekliai išsprendžia problemas greičiau nei klasikinis kompiuteris. IBM tikisi pasiekti 1000 kubitų per savo „Condor“ procesorių 2023 m.

Stipri JK universitetų sistema ir ilga inovacijų istorija, kurią įkūnija Alanas Turingas kompiuterijoje ir Paulius Dirakas kvantinėje mechanikoje – suteikia šaliai tam tikrą viltį pasiekti Johnsono tikslą. Tačiau Gambetta IBM kolega Bobas Sutoras teigia, kad JK ir kitose šalyse, siekiančiose pažangos kvantinio skaičiavimo srityje, išsilavinimas ir įgūdžiai yra labai svarbūs – universitetuose ir žemiau, įskaitant mokyklas. „Kuo daugiau žmonių prie to dirbs, tuo greičiau pasieksime“.