211service.com
Sacensībās, lai izveidotu labāko kvantu datoru uz Zemes
IBM uzskata, ka kvantu pārākums nav tas pagrieziena punkts, par kuru mums vajadzētu rūpēties. 2020. gada 26. februāris
Kvantu lustra Rigetti Computing / Džastins Fantls
Google vismodernākais dators neatrodas uzņēmuma galvenajā mītnē Mauntinvjū, Kalifornijā, ne arī citur Silīcija ielejas drudžainajā izplešanās vietā. Tas atrodas dažu stundu brauciena attālumā uz dienvidiem Santabarbarā, līdzenā, bez dvēseles biroju parkā, kurā galvenokārt dzīvo tehnoloģiju uzņēmumi, par kuriem jūs nekad neesat dzirdējuši.
Atvērtā plānojuma birojā ir vairāki desmiti galdu. Ir iekštelpu velosipēdu novietne un paredzēta vējdēļu stāvvieta ar dēļiem, kas balstās uz kronšteiniem, kas izvirzīti no sienas. Plašas dubultdurvis ved uz laboratoriju, kas ir lielas klases telpas lielumā. Tur, starp datoru plauktiem un instrumentu jucekli, no vibrāciju slāpējošām iekārtām kā milzīgas tērauda kūniņas karājas sauja cilindrisku trauku — katrs ir nedaudz lielāks par eļļas mucu.
Šis stāsts bija daļa no mūsu 2020. gada marta numura
- Skatiet pārējo izdevuma daļu
- Abonēt
Vienam no tiem ārējais trauks ir noņemts, lai atklātu daudzpakāpju tērauda un misiņa iekšpuses mudžekli, kas pazīstams kā lustra. Būtībā tas ir ledusskapis ar kompresoru, kas kļūst vēsāks ar katru slāni uz leju. Apakšā, kas atrodas vakuumā par mata platumu virs absolūtās nulles, ir tas, kas ar neapbruņotu aci izskatās kā parasta silīcija mikroshēma. Bet, nevis tranzistori, tas ir iegravēts ar sīkām supravadošām shēmām, kas šajās zemajās temperatūrās uzvedas tā, it kā tie būtu atsevišķi atomi, kas pakļaujas kvantu fizikas likumiem. Katrs no tiem ir kvantu bits jeb kubits — pamata informācija — kvantu datora glabāšanas vienība.
Pagājušā gada oktobra beigās Google paziņoja, ka viena no šīm mikroshēmām, ko sauc par Sycamore, ir kļuvusi par pirmo, kas demonstrēja kvantu pārākumu, veicot uzdevumu, kas klasiskajā mašīnā būtu praktiski neiespējams. Izmantojot tikai 53 kubitus, Sycamore dažu minūšu laikā bija pabeidzis aprēķinu, kas, saskaņā ar Google datiem, pasaulē jaudīgākajam esošajam superdatoram Summit būtu prasījis 10 000 gadu. Google to nodēvēja par lielu izrāvienu, salīdzinot to ar Sputnik vai pirmais brāļu Raitu lidojums — jaunas mašīnu ēras slieksnis, kura dēļ mūsdienu varenākais dators izskatītos pēc abakusa.
Preses konferencē Santabarbaras laboratorijā Google komanda gandrīz trīs stundas jautri uzdeva žurnālistu jautājumus. Taču viņu labais humors nespēja maskēt pamatā esošo spriedzi. Divas dienas iepriekš pētnieki no IBM, Google vadošā konkurenta kvantu skaitļošanas jomā, bija torpedējuši tā lielo atklājumu. Viņi bija publicējuši rakstu, kurā Google darbinieki būtībā tika apsūdzēti par to, ka viņi nepareizi izmanto savas summas. IBM uzskatīja, ka Samitam būtu bijušas tikai dienas, nevis tūkstošgades, lai atkārtotu Sycamore paveikto. Uz jautājumu, ko viņš domā par IBM rezultātu, Google komandas vadītājs Hartmuts Nevens kategoriski izvairījās sniegt tiešu atbildi.
Džejs M Gambeta, Džerijs M Čovs un Matiass Stefans
Kas ir kubītā?
-
Tāpat kā skaitļošanas pirmsākumos bija dažādi tranzistoru modeļi, šobrīd ir daudz veidu, kā izveidot kubitus. Gan Google, gan IBM izmanto vadošās metodes versiju, supravadošu transmonu kubitu, kura galvenā sastāvdaļa ir Džozefsona krustojums. Tas sastāv no supravadošu metāla sloksņu pāra, ko atdala tikai nanometru plata sprauga; kvantu efekti ir rezultāts tam, kā elektroni šķērso šo spraugu.
Jūs to varētu noraidīt kā tikai akadēmisku šķelšanos — un savā ziņā tā arī bija. Pat ja IBM būtu taisnība, Sycamore joprojām bija aprēķinus veicis tūkstoš reižu ātrāk, nekā to būtu izdarījis Summit. Un, visticamāk, paietu tikai mēneši, pirms Google izveidos nedaudz lielāku kvantu mašīnu, kas neapšaubāmi pierādīja šo lietu.
Tomēr IBM dziļākais iebildums nebija tas, ka Google eksperiments bija mazāk veiksmīgs, nekā apgalvots, bet gan tas, ka tas vispirms bija bezjēdzīgs tests. Atšķirībā no lielākās daļas kvantu skaitļošanas pasaules, IBM neuzskata, ka kvantu pārākums ir tehnoloģijas brāļu Raitu brīdis; patiesībā tā pat netic, ka tāds brīdis būs.
Tā vietā IBM cenšas panākt ļoti atšķirīgu veiksmes mērauklu, ko tā sauc par kvantu priekšrocībām. Tā nav tikai vārdu vai pat zinātnes atšķirība, bet gan filozofiska nostāja, kuras saknes ir IBM vēsturē, kultūrā un ambīcijās — un, iespējams, faktā, ka astoņus gadus tā ieņēmumi un peļņa ir gandrīz neatlaidīgi samazinājušies. savukārt Google un tā mātesuzņēmuma Alphabet skaits ir tikai pieaudzis. Šis konteksts un šie atšķirīgie mērķi varētu ietekmēt to, kurš kvantu skaitļošanas sacensībā iznāks, ja nu kāds.
Pasaules viena no otras
IBM Tomasa J. Vatsona pētniecības centra gludā, vērienīgā līkne priekšpilsētā uz ziemeļiem no Ņujorkas, somu arhitekta Ēro Sārinena neofutūrisma šedevra, ir kontinents un visums, kas atrodas tālāk no Google komandas neaprakstāmiem izrakumiem. Tas tika pabeigts 1961. gadā ar izcilu IBM, kas izgatavots no lieldatoriem, un tam ir muzejam līdzīga kvalitāte, atgādinot ikvienam, kas tajā strādā, par uzņēmuma sasniegumiem visās jomās, sākot no fraktāļu ģeometrijas līdz supravadītājiem un beidzot ar mākslīgo intelektu un kvantu skaitļošanu.
4000 cilvēku lielās pētniecības nodaļas vadītājs ir spānis Dario Gils, kura ātrā runa steidzas, lai neatpaliktu no gandrīz evaņģēliskās dedzības. Abas reizes, kad es runāju ar viņu, viņš satricināja vēsturiskos pavērsienus, kuru mērķis bija pasvītrot, cik ilgi IBM ir iesaistījusies ar kvantu skaitļošanu saistītos pētījumos (skatiet laika grafiku pa labi).
Lielisks eksperiments: kvantu teorija un prakse
Kvantu datora pamatelements ir kvantu bits jeb kubits. Klasiskā datorā bits var saglabāt vai nu 0, vai 1. Kubits var saglabāt ne tikai 0 vai 1, bet arī starpstāvokli, ko sauc par superpozīciju, kas var pieņemt daudz dažādu vērtību. Viena no analoģijām ir tāda, ka, ja informācija būtu krāsaina, tad klasiskais bits varētu būt melns vai balts. Superpozīcijā esošais kubits var būt jebkura spektra krāsa, kā arī var atšķirties spilgtums.
Rezultāts ir tāds, ka kubits var uzglabāt un apstrādāt milzīgu informācijas daudzumu, salīdzinot ar bitu, un jauda palielinās eksponenciāli, savienojot kubitus kopā. Visas informācijas glabāšana 53 kubitos Google Sycamore mikroshēmā būtu nepieciešama apmēram 72 petabaiti (72 miljardi gigabaitu) klasiskās datora atmiņas. Nav nepieciešams daudz vairāk kubitu, pirms jums būs nepieciešams klasisks planētas izmēra dators.
Bet tas nav vienkārši. Trausliem un viegli traucējamiem kubitiem ir jābūt gandrīz ideāli izolētiem no karstuma, vibrācijas un klaiņojošiem atomiem, tādēļ Google kvantu laboratorijā ir pieejami ledusskapji ar lustru. Pat tad tie var darboties ne ilgāk kā dažus simtus mikrosekunžu, pirms tie atdalās un zaudē superpozīcijas.
Un kvantu datori ne vienmēr ir ātrāki par klasiskajiem. Tie ir vienkārši atšķirīgi, dažās lietās ir ātrāki un citās lēnāki, un tiem ir nepieciešama dažāda veida programmatūra. Lai salīdzinātu to veiktspēju, jums ir jāuzraksta klasiska programma, kas aptuveni simulē kvantu.
Google savam eksperimentam izvēlējās salīdzinošās novērtēšanas testu, ko sauc par nejaušu kvantu ķēdes paraugu ņemšanu. Tas ģenerē miljoniem nejaušu skaitļu, taču ar nelielām statistiskām novirzēm, kas ir kvantu algoritma iezīme. Ja Sycamore būtu kabatas kalkulators, tas būtu līdzvērtīgs nejaušai pogu nospiešanai un pārbaudei, vai displejs parāda gaidītos rezultātus.
Google simulēja daļu no tā savās lielajās serveru fermās, kā arī Summit, pasaulē lielākajā superdatorā, Oak Ridge National Laboratory. Pētnieki lēsa, ka visa darba pabeigšana, kas Sycamore prasīja 200 sekundes, būtu prasījusi Summit aptuveni 10 000 gadu. Voilà: kvantu pārākums.
Tātad, kādi bija IBM iebildumi? Būtībā ir dažādi veidi, kā iegūt klasisko datoru, lai simulētu kvantu mašīnu, un ka programmatūra, ko jūs rakstāt, veids, kā jūs sadalāt un glabājat datus, un izmantotā aparatūra, būtiski ietekmē simulācijas ātrumu. var skriet. IBM teica, ka Google pieņēma, ka simulācija būs jāsadala daudzos gabalos, taču Summit ar 280 petabaitiem krātuves ir pietiekami liela, lai vienlaikus saglabātu visu Sycamore stāvokli. (Un IBM izveidoja samitu, tāpēc tam vajadzētu zināt.)
Taču gadu desmitu laikā uzņēmums ir ieguvis reputāciju, cenšoties pārvērst savus pētniecības projektus komerciālos panākumos. Paņemam pavisam nesen Vatsonu Apdraudējums! - spēlē AI, ko IBM mēģināja pārvērst par medicīnas guru robotu. Tas bija paredzēts, lai sniegtu diagnozes un noteiktu tendences medicīnisko datu okeānos, taču, neskatoties uz desmitiem partnerību ar veselības aprūpes pakalpojumu sniedzējiem, ir bijis maz komerciālu lietojumu, un pat tie, kas parādījās, ir devuši dažādus rezultātus.
Pēc Gila teiktā, kvantu skaitļošanas komanda cenšas pārtraukt šo ciklu, paralēli veicot pētniecību un biznesa attīstību. Gandrīz tiklīdz tam bija funkcionējoši kvantu datori, tas sāka padarīt tos pieejamus nepiederošām personām, ievietojot tos mākonī, kur tos var ieprogrammēt, izmantojot vienkāršu vilkšanas un nomešanas saskarni, kas darbojas tīmekļa pārlūkprogrammā. IBM Q Experience, kas tika laists klajā 2016. gadā, tagad sastāv no 15 publiski pieejamiem kvantu datoriem, kuru izmērs ir no pieciem līdz 53 kubitiem. Apmēram 12 000 cilvēku mēnesī tos izmanto, sākot no akadēmiskiem pētniekiem līdz skolas vecuma bērniem. Laiks uz mazākām iekārtām ir bez maksas; IBM saka, ka tai jau ir vairāk nekā 100 klientu, kas maksā (neparādīs, cik) par lielāko klientu izmantošanu.
Neviena no šīm ierīcēm vai jebkurš cits kvantu dators pasaulē, izņemot Google Sycamore, vēl nav parādījis, ka tas var pārspēt klasisko mašīnu. IBM šobrīd tas nav galvenais. Iekārtu padarīšana pieejamu tiešsaistē ļauj uzņēmumam uzzināt, kas no tiem varētu būt vajadzīgs nākamajiem klientiem, un ārējiem programmatūras izstrādātājiem iemācīties rakstīt tām kodu. Tas savukārt veicina to attīstību, padarot turpmākos kvantu datorus labākus.
Šis cikls, pēc uzņēmuma domām, ir ātrākais ceļš uz tā saukto kvantu priekšrocību, nākotni, kurā kvantu datori ne vienmēr atstās klasiskos datorus putekļos, bet to darīs. daži noderīgas lietas nedaudz ātrāk vai efektīvāk — pietiekami, lai tie būtu ekonomiski izdevīgi. Lai gan kvantu pārākums ir viens pagrieziena punkts, kvantu priekšrocības ir kontinuums, saka IBMers — pakāpeniski paplašinās iespēju pasaule.
Saistīts stāsts
Saistīts stāsts Mūsu jaunā aplādes Deep Tech pirmajā sērijā mēs iedziļināmies stāstā aiz diviem maziem vārdiem, kas varētu mainīt pasauli.Šī ir Gila lielā unificētā IBM teorija: apvienojot savu mantojumu, tehniskās zināšanas, citu cilvēku intelektuālo spēku un uzticību biznesa klientiem, tas var izveidot noderīgus kvantu datorus ātrāk un labāk nekā jebkurš cits.
Šādā skatījumā IBM uzskata Google kvantu pārākuma demonstrāciju kā salona triku, saka Skots Āronsons, fiziķis no Teksasas Universitātes Ostinā, kurš piedalījās Google izmantotajos kvantu algoritmos. Labākajā gadījumā tā ir uzkrītoša uzmanības novēršana no reālā darba, kam jānotiek. Sliktākajā gadījumā tas ir maldinošs, jo tas var likt cilvēkiem domāt, ka kvantu datori var pārspēt klasiskos datorus jebko, nevis vienā ļoti šaurā uzdevumā. 'Supremacy' ir angļu vārds, kuru sabiedrībai nebūs iespējams nepareizi interpretēt, saka Gils.
Google, protams, to redz savādāk.
Ievadiet upstart
Google bija pāragri astoņus gadus vecs uzņēmums, kad 2006. gadā tas pirmo reizi sāka nodarboties ar kvantu problēmām, taču tas izveidoja īpašu kvantu laboratoriju tikai 2012. gadā — tajā pašā gadā Džons Preskils, Caltech fiziķis, ieviesa terminu kvantu pārākums. .
Laboratorijas vadītājs ir Hartmuts Nevens, vācu datorzinātnieks ar pārliecinošu klātbūtni un tieksmi uz Burning Man stila šiku; Es viņu redzēju vienreiz pūkainā zilā mētelī un otru reizi sudrabotā tērpā, kas lika viņam izskatīties pēc kašķīga astronauta. (Mana sieva man pērk šīs lietas, viņš paskaidroja.) Sākotnēji Nevens nopirka mašīnu, ko uzbūvēja ārējs uzņēmums D-Wave, un kādu laiku mēģināja ar to panākt kvantu pārākumu, taču nesekmīgi. Viņš saka, ka pārliecinājis Leriju Peidžu, toreizējo Google izpilddirektoru, investēt kvantu datoru izveidē 2014. gadā, apsolot viņam, ka Google pieņems Preskill izaicinājumu: mēs viņam teicām: “Klausies, Lerij, pēc trim gadiem mēs atgriezīsimies un liksim prototipu. mikroshēma uz jūsu galda, kas var vismaz aprēķināt problēmu, kas pārsniedz klasisko mašīnu iespējas.
Tā kā trūka IBM kvantu zināšanu, Google nolīga komandu no ārpuses, ko vadīja Džons Martiniss, Kalifornijas Universitātes Santabarbaras fiziķis. Martinis un viņa grupa jau bija vieni no pasaules labākajiem kvantu datoru ražotājiem — viņiem bija izdevies apvienot līdz deviņiem kubitiem —, un Nevena solījums Peidžam šķita kā cienīgs mērķis, uz kuru viņi jātiecas.
IBM
Kā programmēt kvantu datoru
-
Visvienkāršākajā līmenī programmatūra klasiskajos datoros ir loģisko vārtu secība, piemēram, NOT, OR un NAND, kas maina bitu saturu (0 vai 1). Līdzīgi kvantu programmatūra sastāv no loģisko vārtu sekvencēm, kas darbojas uz kubitiem, taču tai ir lielāks un eksotiskāks vārtu kopums ar tādiem nosaukumiem kā SWAP (kas apmaina divu kubitu vērtības), Pauli-X (kvantu versija). NOT gate, kas apgriež kubīta vērtību) un Hadamard (kas pārvērš kubitu no 0 vai 1 par 0 un 1 superpozīciju). Pagaidām nav kvantu ekvivalentu augstākā līmeņa valodām, piemēram, C++ vai Java, taču gan Google, gan IBM ir izveidojuši grafiskās saskarnes, piemēram, iepriekš attēlā, lai atvieglotu programmēšanu ar vārtiem.
Trīs gadu termiņš nāca un gāja, jo Mārtiņa komanda cīnījās, lai padarītu mikroshēmu pietiekami lielu un pietiekami stabilu izaicinājumam. 2018. gadā Google izlaida savu līdz šim lielāko procesoru Bristlecone. Ar 72 kubitiem tas krietni apsteidza visu, ko bija veikuši konkurenti, un Martinis prognozēja, ka tajā pašā gadā tas iegūs kvantu pārākumu. Taču daži no komandas locekļiem paralēli strādāja pie citas mikroshēmas arhitektūras, ko sauca par Sycamore, kas galu galā izrādījās spējīga paveikt vairāk ar mazāku kubitu skaitu. Tādējādi pagājušā gada rudenī tā bija 53 kubitu mikroshēma, kas sākotnēji bija 54, bet viena no tām nedarbojās.
Praktiskiem nolūkiem šajā demonstrācijā izmantotā programma ir praktiski bezjēdzīga — tā ģenerē nejaušus skaitļus, kas nav kaut kas tāds, kam jums ir nepieciešams kvantu dators. Bet tas tos ģenerē īpašā veidā, ko klasiskajam datoram būtu ļoti grūti pavairot, tādējādi izveidojot koncepcijas pierādījumu (skatiet pretējo lapu).
Pajautājiet IBM darbiniekiem, ko viņi domā par šo sasniegumu, un jūs saņemsiet sāpīgus skatienus. Man nepatīk vārds [pārākums], un man nepatīk sekas, saka Džejs Gambetta, piesardzīgi runājošs austrālietis, kurš vada IBM kvantu komandu. Problēma, pēc viņa teiktā, ir tāda, ka ir praktiski neiespējami paredzēt, vai kāds dots kvantu aprēķins būs grūts klasiskajai mašīnai, tāpēc tā parādīšana vienā gadījumā nepalīdz atrast citus gadījumus.
Ikvienam, ar kuru es runāju ārpus IBM, šis atteikums uzskatīt kvantu pārākumu ir nozīmīgs cūcības slieksnis. Ikvienam, kuram kādreiz būs komerciāli atbilstošs piedāvājums, vispirms ir jāparāda pārākums. Es domāju, ka tā ir tikai pamata loģika, saka Nevens. Pat Vills Olivers, vieglprātīgais MIT fiziķis, kurš ir bijis viens no visvienlīdzīgākajiem šo notikumu novērotājiem, saka: Tas ir ļoti svarīgs pavērsiens, lai parādītu, ka kvantu dators kādā uzdevumā pārspēj klasisko datoru, lai kāds tas arī būtu.
Kvantu lēciens
Neatkarīgi no tā, vai piekrītat Google vai IBM nostājai, nākamais mērķis ir skaidrs, saka Olivers: izveidot kvantu datoru, kas var paveikt kaut ko noderīgu. Cerams, ka šādas mašīnas kādu dienu varētu atrisināt problēmas, kurām šobrīd ir vajadzīgs nerealizējams brutālā spēka skaitļošanas jaudas apjoms, piemēram, sarežģītu molekulu modelēšana, lai palīdzētu atklāt jaunas zāles un materiālus vai optimizētu pilsētas satiksmes plūsmas reāllaikā, lai samazinātu sastrēgumus, vai pagarinātu. - termiņa laika prognozes. (Galu galā viņi varētu uzlauzt kriptogrāfijas kodus, ko mūsdienās izmanto, lai nodrošinātu sakarus un finanšu darījumus, lai gan līdz tam laikam lielākā daļa pasaules, iespējams, būs pieņēmusi kvantu izturīgu kriptogrāfiju.) Problēma ir tā, ka ir gandrīz neiespējami paredzēt, kas ir pirmais noderīgais uzdevums būs, vai cik liels dators būs nepieciešams tā veikšanai.
Šī nenoteiktība ir saistīta gan ar aparatūru, gan programmatūru. Runājot par aparatūru, Google uzskata, ka tā pašreizējais mikroshēmu dizains var sasniegt no 100 līdz 1000 kubitiem. Tomēr, tāpat kā automašīnas veiktspēja nav atkarīga tikai no dzinēja lieluma, kvantu datora veiktspēju nosaka ne tikai tā kubitu skaits. Jāņem vērā virkne citu faktoru, tostarp tas, cik ilgi tos var novērst, lai tie nesaskanētu, cik bieži tie ir pakļauti kļūdām, cik ātri tie darbojas un kā tie ir savstarpēji saistīti. Tas nozīmē, ka jebkurš kvantu dators, kas darbojas šodien, sasniedz tikai daļu no tā visa potenciāla.
Dekoherence
-
Kubiti uzglabā informāciju tā, kā siets uzglabā ūdeni; pat visstabilākie atdalās vai izkrīt no saviem trauslajiem kvantu stāvokļiem dažu simtu mikrosekunžu laikā. Jau pirms tam sāk krāties kļūdas. Tas nozīmē, ka kvantu dators var veikt tikai tik daudz summu, pirms tas apstājas. Google lielākās mikroshēmas atdalās pēc 30 līdz 40 mikrosekundēm, kas ir pietiekami daudz laika, lai tās varētu iziet cauri līdz pat 40 kvantu loģikas vārtiem. IBM var sasniegt līdz 500 mikrosekundēm, taču tie arī apstrādā vārtus lēnāk.
Tikmēr programmatūra kvantu datoriem ir tikpat sākumposmā kā pašas iekārtas. Klasiskajā skaitļošanā programmēšanas valodas tagad ir vairākos līmeņos atdalītas no neapstrādātā mašīnkoda, kas bija jāizmanto agrīnajiem programmatūras izstrādātājiem, jo datu uzglabāšanas, apstrādes un šuntēšanas metodes jau ir standartizētas. Klasiskā datorā, kad to programmējat, jums nav jāzina, kā darbojas tranzistors, saka Deivs Bēkons, kurš vada Google komandas programmatūras darbu. Savukārt kvantu kodam ir jābūt ļoti pielāgotam kubitiem, kuros tas darbosies, lai maksimāli izmantotu to temperamentīgo sniegumu. Tas nozīmē, ka IBM mikroshēmu kods nedarbosies ar citu uzņēmumu mikroshēmām, un pat Google 53 kubitu Sycamore optimizēšanas metodes ne vienmēr darbosies tā turpmākajā 100 kubitu brālī. Vēl svarīgāk ir tas, ka neviens nevar paredzēt, cik smagu problēmu spēs atrisināt šie 100 kubiti.
Visvairāk kāds uzdrošinās cerēt, ka datori ar dažiem simtiem kubitu tuvāko gadu laikā tiks piespiesti simulēt kādu vidēji sarežģītu ķīmiju — iespējams, pat pietiekami, lai veicinātu jaunas zāles vai efektīvāka akumulatora meklēšanu. Tomēr nesaskaņotība un kļūdas apturēs visas šīs mašīnas, pirms tās varēs paveikt kaut ko tādu, kas ir patiešām grūts, piemēram, kriptogrāfijas pārtraukšana.
Lai izveidotu kvantu datoru ar 1000 kubitu jaudu, jums ir nepieciešams miljons faktisko datoru.
Tam būs nepieciešams pret defektiem izturīgs kvantu dators, kas var kompensēt kļūdas un turpināt darboties bezgalīgi, tāpat kā klasiskie datori. Paredzamais risinājums būs radīt dublēšanos: likt simtiem kubitu darboties kā vienam kopīgā kvantu stāvoklī. Kopā viņi var labot atsevišķas kubitu kļūdas. Un, kad katrs kubits pakļaujas nesaskaņai, kaimiņi to atdzīvinās nebeidzamā savstarpējās atdzīvināšanas ciklā.
Tipiska prognoze ir tāda, ka, lai sasniegtu šo stabilitāti, būs nepieciešami pat 1000 apvienoti kubiti — tas nozīmē, ka, lai izveidotu datoru ar 1000 kubitu jaudu, jums būs nepieciešams miljons faktisko. Nevens saka, ka Google piesardzīgi lēš, ka tas var izveidot miljonu kubitu procesoru 10 gadu laikā, lai gan ir jāpārvar daži lieli tehniski šķēršļi, tostarp tādi, kuros IBM vēl varētu būt pārāka pār Google (skatiet pretējo lapu).
Līdz tam laikam daudz kas varētu būt mainījies. Supravadošie kubiti, ko Google un IBM pašlaik izmanto, varētu izrādīties viņu laikmeta vakuuma caurules, kas aizstātas ar kaut ko daudz stabilāku un uzticamāku. Pētnieki visā pasaulē eksperimentē ar dažādām kubitu veidošanas metodēm, lai gan tikai daži ir pietiekami attīstīti, lai izveidotu strādājošus datorus. Konkurējošie jaunizveidotie uzņēmumi, piemēram, Rigetti, IonQ vai Quantum Circuits, var attīstīt priekšrocības noteiktā tehnikā un pārlēkt uz lielākiem uzņēmumiem.
Stāsts par diviem transmoniem
Google un IBM transmonu kubiti ir gandrīz identiski, ar vienu nelielu, bet potenciāli būtisku atšķirību.
Gan Google, gan IBM kvantu datoros pašus kubitus kontrolē mikroviļņu impulsi. Nelieli ražošanas defekti nozīmē, ka divi kubiti nereaģē uz tieši tādas pašas frekvences impulsiem. Tam ir divi risinājumi: mainiet impulsu biežumu, lai atrastu katra kubita jaukāko vietu, piemēram, kratīt slikti sagrieztu atslēgu slēdzenē, līdz tā atveras; vai izmantojiet magnētiskos laukus, lai noregulētu katru kubitu pareizajā frekvencē.
IBM izmanto pirmo metodi; Google izmanto otro. Katrai pieejai ir plusi un mīnusi. Google regulējamie kubiti darbojas ātrāk un precīzāk, taču tie ir mazāk stabili un prasa vairāk shēmu. IBM fiksētās frekvences kubiti ir stabilāki un vienkāršāki, taču tie darbojas lēnāk.
No tehniskā viedokļa tas ir diezgan liels mētāšanās, vismaz šajā posmā. Tomēr korporatīvās filozofijas ziņā tā ir atšķirība starp Google un IBM īsumā vai drīzāk kubītā.
Google izvēlējās būt veikls. Kopumā mūsu filozofija ir nedaudz vairāk vērsta uz augstāku vadāmību uz to skaitļu rēķina, ko cilvēki parasti meklē, saka Hartmuts Nevens.
No otras puses, IBM izvēlējās uzticamību. Ir milzīga atšķirība starp laboratorijas eksperimenta veikšanu un darba publicēšanu, kā arī tādas sistēmas izveidi ar, piemēram, 98% uzticamību, kurā varat to darbināt visu laiku, saka Dario Gils.
IBM
Šobrīd Google ir priekšrocība. Tomēr, mašīnām kļūstot lielākai, priekšrocības var pāriet uz IBM. Katrs kubits tiek kontrolēts ar atsevišķiem vadiem; noskaņojamam kubitam nepieciešams viens papildu vads. Tūkstošiem vai miljoniem kubitu elektroinstalācijas noteikšana būs viens no grūtākajiem tehniskajiem izaicinājumiem, ar ko saskaras abi uzņēmumi; IBM saka, ka tas ir viens no iemesliem, kāpēc viņi izmantoja fiksētās frekvences kubitu. Martinis, Google komandas vadītājs, saka, ka pēdējos trīs gadus viņš personīgi ir pavadījis, cenšoties atrast elektroinstalācijas risinājumus. Tā ir tik svarīga problēma, ka es pie tās strādāju, viņš joko.
Jauns Mooreu 2019 likums?
-
Tā vietā, lai skaitītu kubitus, IBM izseko tā dēvētajam kvantu tilpumam — mēra, cik sarežģītību dators faktiski spēj izturēt. Tās mērķis ir katru gadu dubultot šo pasākumu — tā ir slavenā Mūra likuma kvantu versija, ko IBM ir nodēvējis par Gambetas likumu Džeja Gambetas, sava galvenā kvantu teorētiķa, vārdā. Līdz šim tas notiek trīs gadus. Tas ir tikpat daudz datu, cik Gordonam Mūram bija, kad viņš 1965. gadā postulēja Mūra likumu.
Taču, ņemot vērā to lielumu un bagātību, gan Google, gan IBM ir iespēja kļūt par nopietniem spēlētājiem kvantu skaitļošanas biznesā. Uzņēmumi nomās savas mašīnas, lai risinātu problēmas tādā veidā, kādā tie pašlaik iznomā mākoņdatošanas datu glabāšanas un apstrādes jaudu no Amazon, Google, IBM vai Microsoft. Un tas, kas sākās kā cīņa starp fiziķiem un datorzinātniekiem, izvērtīsies par sacensībām starp biznesa pakalpojumu nodaļām un mārketinga departamentiem.
Kuram uzņēmumam ir vislabākās iespējas uzvarēt šajā konkursā? Uzņēmumam IBM, samazinoties ieņēmumiem, var būt lielāka steidzamības sajūta nekā Google. Tā no rūgtās pieredzes zina, cik maksā lēna ienākšana tirgū: pagājušajā vasarā, veicot visu laiku dārgāko pirkumu, uzņēmums Red Hat, atvērtā pirmkoda mākoņpakalpojumu sniedzējs, iekasēja vairāk nekā 34 miljardus dolāru, lai mēģinātu panākt Amazon. un Microsoft šajā jomā un mainīt savu finansiālo veiksmi. Šķiet, ka tā stratēģija izvietot savas kvantu mašīnas mākonī un no sākuma izveidot maksātspējīgu biznesu, šķiet, ir izstrādāta tā, lai tas būtu labāks.
Google nesen sāka sekot IBM piemēram, un tā komerciālie klienti tagad ir ASV Enerģētikas departaments, Volkswagen un Daimler. Martinis saka, ka iemesls, kāpēc tas netika izdarīts ātrāk, ir vienkāršs: mums nebija resursu, lai to ievietotu mākonī. Bet tas ir vēl viens veids, kā teikt, ka tai bija tā greznība, ka biznesa attīstībai nebija jāuzskata par prioritāti.
Vai šis lēmums dod IBM priekšrocības, ir pāragri spriest, taču, iespējams, svarīgāks būs tas, kā abi uzņēmumi izmantos citas savas stiprās puses problēmas risināšanai nākamajos gados. Gil saka, ka IBM gūs labumu no savām zināšanām visās jomās, sākot no materiālu zinātnes un mikroshēmu izgatavošanas līdz lielo korporatīvo klientu apkalpošanai. No otras puses, Google var lepoties ar Silīcija ielejas stila inovāciju kultūru un daudz prakses, lai ātri palielinātu darbību.
Kas attiecas uz pašu kvantu pārākumu, tas būs svarīgs brīdis vēsturē, taču tas nenozīmē, ka tas būs izšķirošs. Galu galā visi zina par brāļu Raitu pirmo lidojumu, bet vai kāds var atcerēties, ko viņi darīja pēc tam?