Стивън Хокинг веднъж предположи, че твърдението на Алберт Айнщайн, че „Бог не играе на зарове“ с Вселената, е погрешно. Според Хокинг откритието на физиката на черните дупки потвърждава, че Бог не само е играл на зарове, „но и че понякога ни обърква, като ги хвърля там, където не могат да се видят“.
Случайно ли сме тук или умишлено?
По-прагматичен подход към въпроса, като се има предвид темата, би бил да се приеме, че всички отговори са верни. Всъщност това е основата на квантовата физика.
Поздрави хуманоиди
Абонирайте се сега за седмично обобщение на любимите ни истории за AI
Ето най-простото обяснение как работи всичко, което някога ще прочетете: представете си да хвърлите монета и след това да си тръгнете сигурни, знаейки, че е попаднала на глави или опашки.
Ако погледнем цялата вселена и започнем да увеличаваме мащаба, докато стигнем до най-малките частици, ще видите абсолютно същия ефект в техните взаимодействия. Те или ще направят едно или друго. И докато не ги наблюдавате, този потенциал остава.
С целия този потенциал във Вселената, който просто чака да бъде наблюдаван, ние сме в състояние да изградим квантови компютри.
Въпреки това, както всички квантови неща, има двойственост, свързана с впрягането на Божиите зарове за нашите собствени човешки нужди. За всяко умопомрачително постижение на квантовото инженерство, което измисляме – просто изчакайте, докато прочетете за лазерните пинсети и времевите кристали – имаме нужда от някаква обоснована технология, за да го контролираме.
В действителност няма такова нещо като „чисто квантов компютър“ и вероятно никога няма да има. Всички те са хибридни квантово-класически системи по един или друг начин.
Квантово изчисление
Нека започнем с това защо имаме нужда от квантови компютри. Класическите (или бинарни, както често се наричат) компютри - от вида, на който четете това - постигат цели чрез решаване на задачи.
Ние програмираме компютрите да правят това, което искаме, като им даваме поредица от команди. Ако натисна клавиша „A“ на моята клавиатура, тогава компютърът показва буквата „A“ на моя екран.
Някъде вътре в машината има код, който й казва как да интерпретира натискането на клавиш и как да показва резултатите.
На нашия вид са били необходими приблизително 200 000 години, за да стигнем толкова далеч.
През миналия век или нещо повече разбрахме, че Нютоновата физика не се прилага за неща в много малки мащаби, като частици, или обекти в особено масивни мащаби, като черни дупки.
Най-полезният урок, който научихме в сравнително скорошното ни изследване на квантовата физика, е, че частиците могат да се заплитат.
Квантовите компютри ни позволяват да впрегнем силата на заплитането. Вместо да чакат една команда да се изпълни, както правят бинарните компютри, квантовите компютри могат да стигнат до всичките си заключения наведнъж. По същество те са в състояние да измислят (почти) всички възможни отговори едновременно.
Основната полза от това е времето. Задача за симулация или оптимизация, която може да отнеме един месец на суперкомпютър, може да бъде изпълнена само за секунди на квантов компютър.
Най-често цитираният пример за това е откриването на лекарства. За да създадат нови лекарства, учените трябва да проучат химичните им взаимодействия. Много прилича на търсене на игла в безкрайно поле от купи сено.
Има почти безкрайно много възможни химични комбинации във Вселената, сортирането на техните индивидуални комбинирани химични реакции е задача, която нито един суперкомпютър не може да изпълни за полезно време.
Квантовото изчисление обещава да ускори този вид задачи и да направи невъзможните преди изчисления обичайни.
Но е необходимо нещо повече от просто скъп, авангарден хардуер, за да се произведат тези ултра-бързи резултати.
Хибридното квантово изчисление навлезе в чата
Хибридните квантови изчислителни системи интегрират класически изчислителни платформи и софтуер с квантови алгоритми и симулации.
И тъй като са абсурдно скъпи и предимно експериментални, те са почти изключително достъпни чрез облачна свързаност.
Всъщност има цял набор от квантови технологии, освен хибридните квантови компютри, въпреки че те са технологията, която привлича най-много внимание.
В скорошно интервю с Neural, главният изпълнителен директор на SandboxAQ (компания-брат на Google под чадъра на Alphabet), Джак Хидари, оплака:
По някаква причина масовите медии изглежда се фокусират само върху квантовите изчисления.
Има също квантово усещане, квантови комуникации, квантови изображения и квантови симулации — въпреки че някои от тях също се припокриват с квантовите хибридни изчисления.
Въпросът е, както Хидари също каза на Neural, „ние сме на инфлексна точка“. Квантовата технология вече не е технология от далечното бъдеще. Днес е тук под много форми.
Но обхватът на тази статия е ограничен до хибридни квантови изчислителни технологии. И за това ние сме фокусирани върху две неща:
Това за тук ли е или за връщане?
В света на квантовите изчисления има два вида проблеми: оптимизационни проблеми и... такива, които не са оптимизационни проблеми.
За първото се нуждаете от система за квантово отгряване. И за всичко останало се нуждаете от квантов компютър, базиран на порта... вероятно. Те все още са в много ранен етап на развитие.
Но компании като D-Wave изграждат системи за квантово отгряване от десетилетия.
Ето как D-Wave описва процеса на отгряване:
Системите започват с набор от кубити, всеки в състояние на суперпозиция от 0 и 1. Те все още не са свързани. Когато претърпят квантово отгряване, съединителите и отклоненията се въвеждат и кубитите се заплитат. В този момент системата е в заплетено състояние на много възможни отговори. До края на отгряването всеки кубит е в класическо състояние, което представлява минималното енергийно състояние на проблема или много близко до него.
Ето как го описваме тук в Neural: виждали ли сте някога една от тези 3-D арт скулптурни неща?
До голяма степен това е процесът на отгряване. Нещото в пин арт скулптурата е компютърът, а ръката ви е процесът на отгряване. Това, което остава зад гърба, е „минималното енергийно състояние на проблема“.
Базираните на портали квантови компютри, от друга страна, функционират по съвсем различен начин. Те са невероятно сложни и има редица различни начини за прилагането им, но по същество изпълняват алгоритми.
Те включват новата авангардна експериментална система на Microsoft, която според скорошна публикация в блога е почти готова за най-доброто време:
Подходът на Microsoft е да преследва топологичен кубит, който има вградена защита от шума в околната среда, което означава, че трябва да са необходими много по-малко кубити за извършване на полезни изчисления и коригиране на грешки. Топологичните кубити също трябва да могат да обработват информация бързо и човек може да побере повече от милион на пластина, която е по-малка от защитния чип на кредитна карта.
И дори най-случайните читатели на науката вероятно са чували за удивителния пробив на Google във времевия кристал.
Миналата година, тук в Neural, написах:
Времевите кристали на Google може да са най-голямото научно постижение на нашия живот.
Кристалът на времето е нова фаза на материята, която, опростена, би била като снежинка, която постоянно се движи напред-назад между две различни конфигурации. Това е решетка със седем точки в един момент и решетка с десет точки в следващия или каквото и да било.
Удивителното при кристалите на времето е, че когато се движат напред и назад между две различни конфигурации, те не губят или използват енергия.
По дяволите, дори D-Wave, компанията, която постави квантовото отгряване на картата, има планове да въведе междуплатформено хибридно квантово изчисление на масите с предстоящ собствен модел, базиран на порти.
Какво предстои за индустрията на квантовите изчисления
Индустрията на квантовите изчисления вече процъфтява. Що се отнася до нас в Neural, мейнстриймът едва сега започва да долавя полъх на това, което е през 2030 г. ще изглеждат като.
Както Боб Уизниеф, технически директор на IBM Quantum, каза пред Neural през 2019 г., когато IBM представи първата си комерсиална квантова система:
Ние сме на точното място в точното време за квантовите изчисления, това е радостен проект... Този дизайн представлява ключов момент в технологиите.
Според Wisnieff и други, изграждащи хибридните квантови компютърни системи на утрешния ден, времевата линия от експеримента до пълното внедряване е много кратка.
Там, където отгряването и подобни системи за квантова оптимизация съществуват от години, сега виждаме първото поколение базирани на порта модели на квантово предимство да излизат на пазара.
Може би си спомняте, че сте чели за „квантово надмощие“ преди няколко години. Квантовото предимство е същото нещо, но семантично казано е малко по-точно. И двата термина представляват точката, в която квантовият компютър може да изпълни дадена функция за разумен период от време, което на класическия компютър би отнело твърде много време.
Причината „превъзходството“ бързо да излезе в немилост е, че квантовите компютри разчитат на класически компютри, за да изпълняват тези функции, така че има по-голям смисъл да се каже, че дават предимство, когато се използват в тандем. Това е самото определение за хибридно квантово изчисление.
А какво следва? Малко вероятно е скоро да видите парад на квантовите изчисления. Няма да има iPhone с квантови компютри или културен дух на времето около пускането на конкретен процесор.
Вместо това, както всички велики неща в науката, през следващите пет, 10, 100 и 1000 години учените и инженерите ще продължат да предават щафетата от едно поколение на следващо, докато стоят на раменете на гиганти, които да видят в бъдещето.
Благодарение на тяхната продължаваща работа, през целия си живот е вероятно да видим огромни подобрения на електропреносните мрежи, разрешаване на масови конфликти в графици, динамични оптимизации на доставката, перфектни симулации на квантова химия и дори първите загатвания за далечни бъдещи технологии като уорп двигатели.
Тези технологични постижения ще подобрят качеството ни на живот, ще удължат живота ни и ще ни помогнат да обърнем изменението на климата, причинено от човека.
Хибридното квантово изчисление е, по нашето скромно мнение тук в Neural, най-важната технология, която човечеството някога се е опитвало да развие. Надяваме се, че ще останете с нас, докато продължаваме да проправяме пътека на покритие на границата на това ново и вълнуващо царство на инженерството.
