Fyysikko Seth Lloyd ehdotti vuonna 2012 kuumassa uima-altaassa kvanttisen Internet-sovelluksen tarjoamista Googlen luojaille Sergey Brinille ja Larry Pageille. Hän kutsui sitä Quoogleksi: hakukoneeksi, joka käyttää subatomisten hiukkasten fysiikkaan perustuvaa matematiikkaa ja näyttää tuloksia tietämättä itse kyselyjä. Tällainen harppaus vaatisi täysin uuden tyyppistä muistia - ns. QAMM, tai kvanttihajasaantimuisti.
Vaikka idea kiinnosti Briniä ja Pageiä, he hylkäsivät sen, Lloyd kertoi "Gizmodolle". Hänen mukaansa he muistuttivat häntä siitä, että heidän liiketoimintamallinsa perustuu tietoon kaikesta kaikista.
Mutta KOSU ideana ei kuollut. Nykyaikaiset tietokoneet muistavat hyvin miljardien bittien tiedot, joko binääriset numerot, jotka ovat yhtä kuin nolla tai yksi. RAM, tai hajasaantimuisti, tallentaa tietoja lyhytaikaisesti piisiruille osoittamalla jokainen tieto tietylle osoitteelle, johon voidaan päästä satunnaisesti ja missä tahansa järjestyksessä viitataksesi tähän tietoon myöhemmin. Tämä tekee tietokoneesta huomattavasti nopeamman, jolloin kannettava tietokone tai matkapuhelin voi heti päästä RAM-muistiin tallennettuihin tietoihin, joita sovellukset usein käyttävät, sen sijaan, että etsisi sitä varastosta, mikä on paljon hitaampaa. Mutta joskus tulevaisuudessa tietokoneprosessoreita voidaan korvata tai täydentää kvanttitietokoneprosessoreilla, koneilla, jotka pystyvät upottamaan jättiläistietokantoja.koneoppiminen ja tekoäly. Kvantitietokoneet ovat edelleen syntyvä tekniikka, mutta jos ne pystyvät koskaan suorittamaan nämä mahdollisesti tuottoisat algoritmit, he tarvitsevat aivan uuden tavan saada RAM-muistia. He tarvitsevat RUNNAN.
"KRAM voi olla loistava sovellus, joka tekee Googlen ja IBM: n kvanttilaitteista heti hyödyllisiä", Lloyd kertoi Gizmodolle.
Klassiset tietokoneet, kuten ThinkPad, Iphone ja tehokkaimmat supertietokoneet, tekevät kaikki toiminnot kääntämällä tiedot yhdeksi tai useammaksi bitti-, nolla- ja niiden yhdistelmäksi. Bitit ovat vuorovaikutuksessa keskenään, tuottaen lopulta uuden yhdistelmän nollia ja niitä. Kvantitietokoneet tuottavat lopputuloksen myös nolla- ja nollapisteinä. Mutta kun laskenta etenee, niiden kvanttibitit eli kvbitit kommunikoivat toistensa kanssa uudella tavalla samojen fysiikkalakien kautta, jotka säätelevät elektroneja. Sen sijaan, että se olisi vain nolla tai yksi, kukin qubit voi olla sekä laskettaessa käyttämällä matemaattista yhtälöä, joka salaa todennäköisyyden saada nolla tai yksi vain, kun testaat sen arvoa. Useat qubitit käyttävät monimutkaisempia yhtälöitä,joka viittaa qubit-arvoihin yksittäisinä matemaattisina objekteina. Tuloksena on yksi tai useampi mahdollinen binaarijono, jonka lopullinen arvo määritetään yhtälöiden todennäköisyyksillä.
Tämä outo matemaattinen lähestymistapa - kvbitit ovat yhtälöitä, kunnes lasket ne, ja sitten ne näyttävät taas biteiltä, mutta niiden arvoihin voi sisältyä sattumanvarainen elementti - antaa sinulle mahdollisuuden ratkaista tietokoneille perinteisesti vaikeita ongelmia. Yksi tällainen haaste on suurten lukujen hajottaminen alkulukuiksi, mikä hajottaa algoritmit, joita käytetään suurten määrien salatun datan tallentamiseen - kehitys, joka voi olla”katastrofaalinen” kyberturvallisuuden kannalta. Se voi toimia myös uutena tapana käsitellä suuria tietojoukkoja, kuten koneoppimisessa käytettyjä (kuten edistyneitä kasvojentunnistusjärjestelmiä).
Kvantitietokoneet eivät vieläkään ole parempia kuin perinteiset tietokoneet. IBM antaa tutkijoille ja yrittäjille pääsyn toimivaan 20-bittiseen prosessoriin ja Rigetti 19-bittiseen prosessoriin, kun taas perinteiset supertietokoneet voivat simuloida kvanttitehoja jopa 50 kvbittiä. Tästä huolimatta fyysikko John Preskil ilmoitti äskettäin, että tekniikka on siirtymässä uuteen aikakauteen, jossa kvantitietokoneet ovat pian hyödyllisiä enemmän kuin viihdyttäville fysiikkakokeille. Yhdysvaltain hallitus suhtautuu kvantitekniikoihin vakavasti, koska ne ovat tärkeitä kyberturvallisuudelle, ja monet fyysikot ja ohjelmoijat etsivät heille uusia markkinarakoja.
Monet tutkijat toivovat myös löytävänsä sovelluksia kvantitietokoneisiin keinoälyn kehittämiseen ja koneoppimiseen kvanttalgoritmeja käyttämällä. Tällaiset algoritmit ovat monimutkaisia ja sisältävät huomattavan määrän tietoa, joten ne vaativat kvanttimuistion RAM: iin: qRAM.
Mainosvideo:
Kvanttimuisti ei ole miljardeja bittejä, jotka on tallennettu useisiin kviteihin. Sen sijaan kvantitietokoneet ovat tapa soveltaa kvantitoimintonsa suuriin tietoluetteloihin, jotka löytyvät koneoppimisongelmista. Viime kädessä säännöllinen hajasaantimuisti koostuu ohjelmien suorittamiseen tarvittavasta tiedosta, ja ohjelmat käyttävät sitä määrittelemällä bittien osoitteen - samalla tavalla voit saada solujen summan kirjoittamalla (A2 + B2) numeroiden kirjoittamisen sijasta. käsin. Kvantialgoritmien on päästävä tavalliseen hajasaantimuistiin kvantitasolla - alkeellisimmassa merkityksessä ne luovat superposition, jossa solu on sekä A2 että B2 samanaikaisesti, ja vasta sitten, laskelman valmistuttua, näyttää joko A2: n tai B2: n arvon. Muistissa sellaisenaan ei ole mitään kvantteja - kvantti on tapa, jolla pääset siihen käyttöön ja käytät sitä.
Itse asiassa, jos sinulla on paljon tallennettua tietoa - kuten esimerkiksi chatbottien kouluttamista koskevissa tietokannoissa -, voi olla kvantialgoritmi, joka voi tehdä enemmän kuin tavallinen tietokone, kun on kyse tietojen tai jonkin tärkeän viestin etsimisestä. … Tämä voi olla erittäin tuottoisaa sekä finanssialalle että Googlen kaltaisille yrityksille, ja se tietysti vaatii kvantti-RAM-muistin.
Lloydin ja hänen tiiminsä kymmenen vuotta sitten kirjoittamassa artikkelissa QRAM: stä kuvataan yksi tapa päästä vain niihin muistiin osoitteisiin, joita tarvitaan superpositiota varten, käyttämällä jotain, jota he kutsuivat "kvanttitulen ketjuksi". Periaatteessa, koska jokainen RAM-osoitteen osoite on vain bittisekvenssi, sitä voidaan ajatella haarautuvana puuna, jossa jokainen qubit on osoitin, joka käskee tietokonetta kääntymään vasemmalle tai oikealle. Tämä toimii myös tavanomaisissa tietokoneissa, mutta vain kahdella valinnalla varustettu kvantitietokone takertuu väistämättä ylimääräisiä polkuja joka käänteessä, johtaen lopulta uskomattoman suureen ja hauraaseen kvantitilaan, joka voi helposti romahtaa ei-kvanttiympäristössä. Lloyd ja hänen kollegansa ehdottivat puurakennetta,jossa jokaista haaraa pidetään automaattisesti valmiustilassa, jolloin tietokone voi liikkua vain oikealla tai vasemmalla sivulla (sivulla) halutun muistin saamiseksi käyttöön ilman tarpeettomia tietoja. Ero on luonteeltaan melko tekninen, mutta sen tarkoituksena on vähentää huomattavasti tehoa, joka tarvitaan tällaisen ongelman ratkaisemiseen koneoppimisessa.
"Suurin osa tutkimuksessa käytetyistä algoritmeista vaatii jonkinlaista kvanttimuistia", kommentoi Kanadan Waterloon yliopiston tutkija Michelle Mosca, joka on myös tutkinut kvanttimuistia Gizmodolle. "Mikä tahansa, joka vähentää käytetyn kvanttimuistin kustannuksia, voi myös vähentää dramaattisesti aikaa ennen päivittäisten kvantitietokoneiden tulemista."
Mutta olemme vielä hyvin, hyvin varhaisessa vaiheessa kvantiohjelmoinnin kehittämisessä. Nykyään tapa, jolla vanhat tietokoneet muistavat tiedot, tuntuu melkein naurettavalta. RAM koostui johtimilla kytketyistä magneettisilmukoista, joissa kukin silmukka vastasi yhtä bittiä, ja kelan magneettikentän suunta edusti sen merkitystä. Ensimmäinen kaupallisesti saatavilla oleva amerikkalainen tietokone, UNIVAC-I, tunnettiin tietojen tallentamiseksi muuntamalla sähköiset impulssit ääni-aaltoiksi nestemäisen elohopean avulla. Tällä muistilla ei ollut satunnaista pääsyä - et voi saada milloin tahansa haluamiasi tietoja, mutta vain siinä järjestyksessä kuin ne tallennettiin. Ja sitä pidettiin huipputeknologiana.
"Se oli taideteos", selitti tietokonehistorian museon kuraattori Chris Garcia. "Tuolloin he yrittivät kaiken voitavansa ja toivoivat, että osa siitä toimisi." Tuolloin sellaiset ratkaisut olivat parempia kuin kaikki aikaisemmat. Nykyään tietokoneet tallentavat muistia mikrosiruille, jotka on valmistettu erityisestä materiaalista, nimeltään "puolijohteet", mikä tuli mahdolliseksi paitsi tieteen edistymisestä myös prosessien ansiosta, jotka piisäilytykset tekivät paljon halvemmaksi kuin pienten magneettikäämien varastointi.
Miltä kvantimuisti näyttää? Todennäköisesti ei tavalla, jolla Lloyd ja kollegat sitä kuvittelivat. Viime vuoden konferenssissa fyysikot vitsailivat, että kvanttilaskennan kenttä saattaa hyvinkin kääntyä toiseen nestemäisen elohopea-astian analogiin. Varmasti meillä on uusia teknisiä ja matemaattisia kehityksiä, jotka optimoivat tietokoneita ja niiden tiedon tallennusmenetelmiä.
Lloyd oli samaa mieltä tästä. "Haluaisin nähdä, että joku levittää ideamme", hän sanoi. "Jos voisimme kääntää tavallisen tiedon kvanttilaan, tämä olisi kvantitietokoneiden hämmästyttävä sovellus lyhyellä aikavälillä." Loppujen lopuksi tietokoneet ovat muutakin kuin vain niiden kykyä suorittaa hienoja algoritmeja. Niiden avulla näitä algoritmeja voidaan käyttää prosessoimaan ja järjestämään tietoja luomaan jotain hyödyllistä.
Ja ehkä jonain päivänä käytämme todella kvantti Googlea.
Ryan F. Mandelbaum