Google, IBM правят крачки към квантови компютри, които могат да революционизират решаването на проблеми
Изкуственият интелект е магията на момента, но това е история за това, което следва, нещо неразбираемо. Утре IBM ще обяви напредък в изцяло нов вид компютри – такъв, който може да разреши проблеми за минути, които на днешните суперкомпютри биха отнели милиони години. Това е разликата в квантовите компютри, технология, която се разработва в IBM, Google и други. Наречен е на квантовата физика, която описва силите на субатомното царство. Науката е дълбока и не можем да надраскаме повърхността, но се надяваме да обясним достатъчно, така че да не бъдете заслепени от пробив, който може да преобрази цивилизацията.
Квантовият компютър разширява границите на познанието – нова наука, ново инженерство – всичко това води до този процесор, който изчислява с атомните сили, създали Вселената.
Дарио Гил: Мисля, че този момент ни се струва като пионерите от 40-те и 50-те години на миналия век, които създаваха първите цифрови компютри.
Дарио Гил е нещо като квантов кръстоносец . Роден в Испания с докторска степен. по електротехника, Гил е ръководител на изследователския отдел в IBM.
Скот Пели: Колко по-бързо е това от, да кажем, най-добрия суперкомпютър в света днес?
Дарио Гил: Сега сме в етап, в който можем да правим определени изчисления с тези системи, които биха отнели най-големите суперкомпютри в света, за да могат да направят подобно изчисление. Но красотата на това е, че виждаме, че ще продължим да разширяваме тази способност, така че дори един милион или един милиард от тези суперкомпютри, свързани заедно, не биха могли да направят изчисленията на тези бъдещи машини. И така, изминахме дълъг път. И най-вълнуващата част е, че имаме пътна карта и пътуване точно сега, където това ще продължи да се увеличава със скорост, която ще бъде шокираща.
Скот Пели: Не съм сигурен, че светът е подготвен за тази промяна.
Дарио Гил: Определено не.
За да разберете промяната, върнете се към 1947 г. и изобретяването на превключвател, наречен транзистор.
Оттогава компютрите обработват информацията за транзисторите, ставайки все по-бързи, тъй като повече транзистори бяха събрани в един чип – милиарди от тях днес.
Но са необходими толкова много, защото всеки транзистор съдържа информация само в два щата. Или е включен, или е изключен - като монета - глави или опашки. Quantum изоставя транзисторите и кодира информация за електрони, които се държат като тази монета, която създадохме с анимация. Електроните се държат по начин, така че да са глави и опашки и всичко между тях. Преминахте от работа с един бит информация наведнъж на транзистор до експоненциално повече данни.
Мичио Каку: Виждате, че има съхранено фантастично количество информация, когато можете да погледнете всички възможни ъгли, а не само нагоре или надолу.
Физикът Мичио Каку от Градския университет в Ню Йорк вече нарича днешните компютри „класически“. Той използва лабиринт, за да обясни квантовата разлика.
Мичио Каку: Нека да разгледаме класически компютър, който изчислява как една мишка се движи в лабиринт. Това е болезнено. Един по един той трябва да картографира всеки един ляв завой, десен завой, ляв завой, десен завой, преди да намери целта. Сега квантов компютър сканира всички възможни маршрути едновременно. Това е невероятно. Колко оборота има? Стотици възможни завои, нали? Квантовите компютри правят всичко наведнъж.
Книгата на Каку, озаглавена „Квантово надмощие“, обяснява залозите.
Мичио Каку: Гледаме надпревара, надпревара между Китай , между IBM, Google, Microsoft, Honeywell, всички големи момчета са в тази надпревара за създаване на работещ, оперативно ефективен квантов компютър. Защото нацията или компанията, която прави това, ще управлява световната икономика.
Но надеждният квантов компютър с общо предназначение все още е трудно изкачване. Може би затова тази стена е във фоайето на квантовата лаборатория на Google в Калифорния.
Тук имаме поглед отвътре, започвайки с изглед от микроскоп на това, което замества транзистора.
Google служител: Това тук е един кубит, а това е друг кубит, това е верига от пет кубита.
Тези кръстчета в долната част са кубити, съкращение от квантови битове. Те задържат електроните и действат като изкуствени атоми. За разлика от транзисторите, всеки допълнителен кубит удвоява мощността на компютъра. Това е експоненциално. така че докато 20 транзистора са 20 пъти по-мощни от един. Двадесет кубита са милион пъти по-мощни от един.
Charina Chou: Така че това се поставя точно тук в хладилника.
Чарина Чоу, главен оперативен директор на лабораторията на Google, ни показа процесора, който държи кубитите. Голяма част от това по-горе охлажда кубитите до това, което физиците наричат близо до абсолютната нула.
Скот Пели: Близо до абсолютната нула, разбирам, е около 460 градуса под нулата по Фаренхайт. Така че това е възможно най-студено.
Charina Chou: Да, почти толкова студено, колкото е възможно.
Тази температура, вътре в затворен компютър, е едно от най-студените места в Вселената. Дълбокото замразяване елиминира електрическото съпротивление и изолира кубитите от външни вибрации, така че да могат да бъдат контролирани с електромагнитно поле. Кубитите трябва да вибрират в унисон. Но това е труден трик, наречен кохерентност.
Скот Пели: След като постигнете кохерентност на кюбитите, колко лесно е това да се поддържа?
Чарина Чоу: Наистина е трудно. Съгласуваността е много предизвикателна.
Съгласуваността е мимолетна. Във всички подобни машини съгласуваността непрекъснато се нарушава – създавайки грешки.
Чарина Чоу: Ние правим около една грешка на всеки сто или повече стъпки. В крайна сметка смятаме, че ще имаме нужда от около една грешка на всеки милион стъпки. Това вероятно ще бъде идентифицирано като една от най-големите бариери.
Намаляването на тези грешки и удължаването на времето за съгласуваност при мащабиране до по-големи машини са предизвикателствата, пред които е изправен германо-американският учен Хартмут Невен, който основа лабораторията на Google и нейната небрежен стил, през 2012 г.
Скот Пели: Могат ли проблемите, които стоят на пътя на квантовите изчисления, да бъдат решени?
Хартмут Невен: Трябва да призная, подзаглавието ми тук е главен оптимист. След като казах това, бих казал на този етап, че нямаме нужда от повече фундаментални пробиви. Имаме нужда от малки подобрения тук и там. Ако имаме всички части заедно, просто трябва да ги интегрираме добре, за да изграждаме все по-големи и по-големи системи.
Скот Пели: И мислите, че всичко това ще бъде интегрирано в система в какъв период от време ?
Хартмут Невен: Да. Често казваме, че искаме да го направим до края на десетилетието, за да можем да използваме този цитат на Кенеди: „Направете го до края на десетилетието.“
Скот Пели: Краят на това десетилетие?
Хартмут Невен: Да.
Скот Пели: Пет или шест години?
Хартмут Невен: Да.
Това е времевата линия Дарио Дил прогнозира. И изследователският директор на IBM ни каза нещо изненадващо.
Скот Пели: Има проблеми, които класическите компютри никога не могат да разрешат.
Дарио Гил: Никога не могат да решат. И мисля, че това е важен момент, защото сме свикнали да казваме, "ах, компютрите стават по-добри." Всъщност има много, много проблеми, които са толкова сложни, че можем да направим това твърдение, че "Всъщност класическите компютри никога няма да могат да разрешат този проблем." Не сега, не след 100 години, не след 1000 години." Вие всъщност се нуждаете от различен начин за представяне на информация и обработка на информация. Това ви дава квантът.
Квантът може да ни даде отговори на невъзможни проблеми по физика, химия, инженерство и медицина. Ето защо IBM и Cleveland Clinic инсталираха един от първите квантови компютри, които напуснаха лабораторията за реалния свят.
Serpil Erzurum: Отнема твърде много време за намерим решенията, от които се нуждаем.
Седнахме с Дарио Гил и д-р Серпил Ерзурум, главен изследовател в клиниката в Кливланд. Тя ни каза, че здравеопазването ще се трансформира, ако квантовите компютри могат да моделират поведението на протеините- молекулите, които регулират целия живот. Протеините променят формата си, за да променят функцията си по начини, които са твърде сложни за следване. и когато се объркат, това причинява болест.
Serpil Erzurum: Приема много форми, много, много форми , в зависимост от това какво прави, къде се намира и с кой друг протеин е. Трябва да разбера формата, в която се намира, когато извършва взаимодействие или функция, която не искам да извършва за този пациент. Рак, автоимунитет. Това е проблем. Ние сме напълно ограничени от изчислителната способност да разглеждаме структурата в реално време за всяка, дори една, молекула.
Клиниката в Кливланд е толкова горда с квантовия си компютър, че го е поставила във фоайе. Зад стъклото, този лъскав сребърен цилиндър обхваща охладителната система и процесора, които видяхте по-рано. Quantum все още не решава проблема с протеините. Това е по-скоро пробен цикъл, за да запознае изследователите с потенциала на кванта.
Скот Пели: Хората, които използват тази машина, трябва ли да научат съвсем различен начин да комуникират с компютър?
Дарио Гил: Мисля, че това е наистина хубавото, че всъщност просто използвате обикновен лаптоп и пишете програма, много приличаща на традиционна програма. Но когато вие, нали разбирате, щракнете, нали разбирате, „отиди“ и „бягай“, просто се случва да работи на много различен вид компютър.
В надпреварата има половин дузина конкуриращи се дизайни . Китай определи кванта като основен национален приоритет, а правителството на САЩ харчи близо милиард долара годишно за изследвания. Първата промяна идва следващата година, когато САЩ публикуват нови стандарти за криптиране, тъй като се очаква един ден Quantum да разбие кодовете, които заключват всичко - от национални тайни до кредитни карти. Утре IBM ще представи своята Quantum System Two с три пъти повече кубити от машината, която видяхте в Кливланд. Миналия август видяхме System Two в процес на изграждане.
Дарио Гил: Това е машина, различна от всичко, което някога сме създавали.
Скот Пели: И това е.
Дарио Гил: И това е.
Дарио Гил от IBM ни каза, че System Two има възможност да се разшири до хиляди кубити.
Скот Пели: Какви са шансовете, че това е едно от онези неща, които ще бъдат готови след пет години и винаги ще бъдат?
Дарио Гил: В момента не виждаме пречка, която да ни попречи да изградим системи, които ще имат десетки хиляди и дори 100 хиляди кубита, работещи един с друг. Така че сме силно уверени, че ще стигнем дотам.
От всички удивителни неща, които чухме, физикът Мичио Каку ни поведе по пътя към най-голямата идея от всички. Той каза, че минаваме през квантов компютър. Обработката на информация със субатомни частици е начинът, по който работи Вселената.
Мичио Каку: Знаеш ли, когато гледам нощното небе, виждам звезди, гледам цветята, дърветата, осъзнавам, че всичко е квантово, великолепието на самата вселена. Езикът на вселената е езикът на кванта.
Изучаването на този език може да донесе повече от невъобразима скорост. Компютърът на природата с обратно инженерство може да бъде прозорец към самото творение.
Произведено от Denise Schrier Cetta и Katie Brennan. Сътрудници на предаването, Мишел Карим и Елиза Костас. Редактирано от Уорън Лустиг
