Video: Su El Roman - Jokeria (Kasım 2024)
Kuantum hesaplama - aynı anda birden fazla devleti tutabilme gibi kuantum özelliklerini gösteren bilgisayarlarla çalışma fikri uzun zamandır tartışılıyor, ancak şimdi büyük ilerlemelerle gerçekliğe daha da yaklaşıyor gibi görünüyor. Geçen haftaki Techonomy konferansında, D-Wave ve IBM de dahil olmak üzere bu konuda zarfı zorlayan bazı firmaların liderleriyle konuyla ilgili bir panel sunma fırsatım oldu.
Berberian & Company’de kuantum hesaplama konusunda tavsiyeler veren danışman olan Bryan Jacobs, bugün kullandığımız tüm elektronik sistemlerde, bilginin ya açık ya da kapalı olan bir elektronun yüküyle saklandığını; Başka bir deyişle, biraz. Ancak, bilgiyi tek bir elektron veya bir foton gibi, kuantum bir durumda kodlarsanız, bunları normal bir klasik bit gibi sıfır ve bire eşleştirebilir, aynı zamanda aynı anda sıfır ve bir olabileceği bir süperpozisyonu haritalayabilirsiniz. . İlginç bir fikrin, bu kuantum bitlerinin çok sayıda kuantum bilgisayarına sahip olmanız durumunda - genellikle qubitler denilen bir kuantum bilgisayarınız varsa, onu aynı anda tüm olası girişlerin bir üst üste bindirerek başlatabilmeniz olduğunu ve sonra da Bilgileri kuantum uyumlu bir şekilde işleyin, bir anlamda aynı işlevi tüm olası girişlerde aynı anda hesaplayabilirsiniz. Kuantum paralellik olarak bilinir. İnsanların bugün denedikleri birkaç farklı yaklaşımın olduğunu belirtti - biri geleneksel dijital bilgisayarlara benzeyen kapı tabanlı, diğeri ise kuantum tavlaması olarak bilinen bir analog işleme benzer.
Aslında kuantum tavlama kullanan birkaç makine teslim eden D-Wave Systems CEO'su Vern Brownell, şirketinin ilk önce bu yaklaşımı kullanmayı seçtiğini söyledi, çünkü bunun bize başka herhangi bir kuantum türünden daha hızlı bir yetenek vereceğini düşündük. bilgi işlem uygulaması. " D-Wave'in diğer kuantum hesaplama modellerine de baktığını söyledi, ancak bu yaklaşım en pragmatikti.
Etkili bir şekilde, bir buçuk litrelik bir kuantum atıcıya sahip olduğunu ve bu da iki litrelik sayıdaki farklı olasılıkların cevap alanını keşfedebildiğini açıkladı. Temel olarak bu karmaşık optimizasyon problemleri üzerinde çalışır ve bu optimizasyon problemi için en düşük enerjiyi veya en iyi cevabı bulmaya çalışır. Brownell, Google’ın, daha önce satın alınmış bir makineyi kuantum yapay zeka laboratuarı için geliştirdiğini ve bunun makine öğrenmesine nasıl yardımcı olabileceğini incelediğini belirtti. Bir başka müşteri de yazılım doğrulama ve doğrulama adı verilen bir soruna bakan Lockheed.
Brownell, bu örneklerden hiçbirinin henüz üretime girmediğini kabul etti, ancak ölçekte gerçek sorunları çözen gerçek uygulamaları yaptıklarını söyledi. Başka bir deyişle, D-Wave makinesinin klasik süper bilgisayarlardan daha iyi performans gösterdiği noktaya henüz ulaşmadılar, ancak “biz buna çok yakınız” dedi. Önümüzdeki birkaç ay içinde, şirket "kuantum bir bilgisayarın klasik bilgisayar işleminin en iyisini yapabildiğini gösterebileceğini gösterecek. Şu anda bu menteşe noktasındayız."
IBM TJ Watson Araştırma Merkezi'nde fizik bilimleri bölümündeki seçkin araştırma personeli ve kıdemli müdür olan Mark Ritter, ekibinin birkaç farklı kuantum projesi gerçekleştirdiğini, ancak çalışmalarını kapı tabanlı kuantum hesaplama ve hata düzeltme üzerine yoğunlaştığını söyledi. .
Takımındaki teorisyenlerden biri olan Sergey Bravyi, "topolojik bir parite kodu" icat etti. Geleneksel bilgisayarlarda da hata düzeltme kodları kullandığımızı, ancak kuantum bilgisinin çok kırılgan olduğunu, bu nedenle geçit tabanlı bir sistem yapmak için, bu hassas kuantum bilgisini korumak için bir koda ihtiyacınız olduğunu söyledi. Ekibi 4-bitlik bir sistem geliştirdi, kuantumlar kuantum bilgisinin bir kısmını daha uzun süre tutabilen "transmons" adı verilen ve hata düzeltme koduyla geçit tabanlı kuantum hesaplama yapabilir. Bunun, bölmelerin grafik kağıdının köşelerinde olduğu kare bir kafes gibi olduğunu söyledi; bir algoritma daha sonra bu kodu bölmelerin üzerine yerleştirir. IBM'in amacı, bu algoritmaya giderek daha fazla qubit ekleyebilmek. Yakında, kuantum halini süresiz olarak koruyabileceğini söyledi.
Kuantum geçitlerin tüm ocaklarda ne gibi dolandırıcılık kullandığını ve tüm potansiyel durumlara nasıl baktığını, bunu bir havuza çok taş düşürdüğünüzde gördüğünüz girişim deseniyle karşılaştırarak ve yapıcı ve yıkıcı müdahaleye aldığına dikkat çekti. En iyi cevabın yapıcı bir şekilde müdahalede bulunacağını söyledi, ve soruna tek bir cevap varsa, bu cevabın sonunda vereceğiniz tek cevap olacaktır. Geçit tabanlı bir kuantum bilgisayarında, sürecin sonunda bir cevap almak için bu kodlamadaki paraziti kullanabileceğinizi ve bunun bazı algoritmalar için katlanarak arttırılması gerektiğini söyledi.
Bu hala bir yol olsa da, Ritter, insanların çeşitli molekülleri simüle etmek gibi yüksek tutarlılığa sahip analog simülasyonları çalıştırmak için kantitleri kullanmayı düşündüklerini söyledi. Jacobs, kuantum simülasyonu hakkında anlaştılar ve ilaç bulmak için kararlı moleküllerin kimyasal simülasyonları hakkında konuştu.
Shor'ın algoritmasını sordum, ki bu kuantum bir bilgisayarla, geleneksel şifreleme işlemlerinin çoğunu kırabileceğinizi gösterir. Jacobs, bir roket gemisinin analojisini aya astronot göndermeye çalıştı. Jacobs, Shor'ın algoritması gibi çözmeye çalıştığımız problemi uygulayan algoritmanın, roket gemisinin komut modülüne benzer olduğunu ve Ritter'ın ekibinin üzerinde çalıştığı gibi hata düzeltmenin aşamalara benzer olduğunu söyledi. Roket Ancak, şu anda sahip olduğumuz yakıt veya roket motoru motorlarının herhangi bir boyuttaki roket gemisi için yeterli olmadığını söyledi. Çok zor bir soru olduğunu ve kuantum hesaplamaları ve hata düzeltme işlemleriyle ilgili tüm ek yüklerin, bugün gerçekten umut verici görünen birçok algoritmanın kapanmayacağı anlamına geldiğini söyledi. Brownell, kuantum bilgisayarlarının RSA şifrelemesini kırabilmesi için on yıldan daha uzun bir süre olduğunu düşündüğünü ve kuantum sonrası şifrelemeye geçmemiz gerektiğini söyledi.
Brownell, kuantum hesaplamanın geçit modelinin kuantum tavlama işleminden çok farklı olduğunu vurguladı ve günümüzde bazı optimizasyon problemlerini çözerken ne kadar faydalı olduğu hakkında konuştu. Ayrıca klasik bilgisayarların ulaşamayacağı sorunları neredeyse çözebileceğini söyledi. Bazı ölçütlerde, Google, D-Wave makinesinin bugün genel amaçlı bir algoritmanın yapabileceğinden daha hızlı bir şekilde 30-100.000x siparişi ile bir yerde sorunları çözebileceğini belirtti. Bu yararlı bir algoritma olmasa da, ekibinin işlemcisi her 12-18 ayda bir performanstayken ölçeklendiğinden bu özelliğin avantajlarından yararlanabilecek gerçek kullanım durumu algoritmaları üzerinde yoğunlaştığını söyledi.
Brownell bugün kuantum hesaplamayı 1974 yılında ilk mikroişlemci ile çıktığında Intel ile karşılaştırdı. Bu noktada Digital Equipment Corp. ile birlikteydi ve o sırada "özellikle Intel konusunda endişeli değildik, çünkü sahip olduğumuz bu büyük kutular ve eşya kadar güçlü olmayan bu ucuz küçük mikroişlemcilere sahiplerdi" dedi. Ancak, on yıl içinde, bilirsin, iş tamamen gitti ve Digital iş dışında kaldı. ” Kuantum bilişimin tüm klasik bilişim dünyasını tehdit edeceğini düşünmese de, işlemcilerde bu artımlı gelişmeleri 18 ayda bir BT yöneticileri için gerekli olacak bir noktaya kadar görmeyi beklediğini söyledi. ve geliştiricilerin kullanması.
Özellikle, D-Wave'in bazılarını derin öğrenme alanında, kuantum hesaplama olmadan yapılabileceğinden daha iyi şeyleri tanıma ve eğitimde yapabilen olasılıklı öğrenme algoritmaları geliştirdiğini söyledi. Sonunda, bunu, klasik bilgisayarlara çok uygun bir şekilde kullanılacak olan buluttaki bir kaynak olarak görüyor.
Ritter, genel amaçlı hesaplama yapan klasik makinelere karşı kuantum yöntemlerinden herhangi birinin gerçekten karşılaştırılmasının zor olduğunu, çünkü insanlar hızlandırıcı yapıyorlar ve belirli işler için tasarlanmış GPU'ları ve FPGA'ları kullanıyorlardı. Gerçekten, probleminizi çözmek için özel bir ASIC tasarladıysanız, gerçek ivmeyle gerçek kuantum hesaplama işlemlerinin herhangi birini yenmesi gerektiğini, çünkü eklediğiniz her qubit bu yapılandırma alanını iki katına çıkardığını söyledi. Başka bir deyişle, bin bir litreyi bir araya getirmek, alanı evrendeki atom sayısından daha fazla olduğunu belirttiği 2x1000 inci gücünde arttırmalıdır. Ve, kapı tabanlı bir bilgisayarda, sorunun, kapıların cep telefonunuzdan daha yavaş çalışması olduğunu, bu nedenle bir seferde daha fazla işlem yaptığınızı, ancak her işlemin klasik bir bilgisayarda olduğundan daha yavaş olduğunu söyledi. “Bu yüzden bu geçit görmeden önce daha büyük bir makine yapmak zorundasınız” dedi.
Jacobs kuantum hesaplamanın ne kadar verimli olabileceğine dikkat çekti. “Gücüne bakarsanız, dünyadaki en iyi süper yeşil süper bilgisayarları kullanarak alırsınız, 65 litrelik bir simülasyon yapmak istiyorsanız, bu bir nükleer santral gerektirecektir” dedi. 66 yapmak için iki nükleer enerji santrali gerekiyor. ”
Brownell, 1.000'den fazla litre ile mevcut D-Wave makinesinin teorik olarak 2 ila 1000'inci, 300 ila 10'unkine kadar olan modelleri kullanabileceğini söyledi. (Karşılaştırma için, bilim adamlarının evrende sadece yaklaşık 10 ila 80. atom olduğunu tahmin ettiklerini söyledi.) Bu nedenle, bilgisayardaki performans sınırlarının kuantum tavlamadaki sınırlamalar nedeniyle değil, I. / O, her yeni nesilde ele alınan bir mühendislik sorunu. Bazı kıyaslama algoritmalarında, şirketin 1152-qubit makinesinin klasik bilgisayarların yapabileceğinin en iyisinden 600 kat daha güçlü olması gerektiğini iddia ediyor.
D-Wave'in, bir şekilde bir sinir ağına benzeyen kaplinli bir perdeler matrisi kullanan mimarisi, makine öğrenimindeki derin öğrenme sinir ağlarına ilk kez uygulanmıştır.
Ancak, değer riski hesaplamaları için Goldman Sachs'ta (CIO'dur) yaptığı Monte Carlo simülasyonlarının eşdeğerini çalıştırmak gibi diğer uygulamalardan da bahsetti. Bunun bir milyon çekirdek aldığını ve bir gecede kaçması gerektiğini hatırladı. Teorik olarak, kuantum bir bilgisayar çok daha az enerji ile benzer şeyler yapabilir. D-Wave makinesinin çok az kullandığını, ancak çok düşük sıcaklıklara sahip (yaklaşık 8 milikelvin) büyük bir buzdolabında çalıştırılması gerektiğini, ancak makinenin çalışmasının sadece 15-20 kW aldığını, oldukça küçük olduğunu söyledi. bir veri merkezi için.
Ritter, kapıya dayalı model için benzer bir fikirden bahsetti ve kuantum Monte Carlo'nun eşdeğeri olduğunu söylediği kuantum metropol örneklemesini tartıştı, ancak dolaşma özellikleri nedeniyle farklı istatistiklerle konuştu.
Ritter ekibi kuantumlar arası bir moleküler tasarımı hesaplayıp haritalayabildiği kuantum analog simülasyon üzerinde çalışıyor ve ideal modları ve yaklaşık 50 elektron aldığınızda çok zor olduğunu söylediği bir molekülün tüm davranışlarını çözmesini sağlıyor. .
Jacobs, hiç kimsenin yayında dinlemediğini ispatlayabilecek şekilde üretilen bir anahtar içeren kuantum şifrelemesini tartıştı. Ritter, IBM’in Charlie Bennett’in, bağlantıdaki qubit'i makinedeki başka bir qubit’e “ışınlamak” için bir teknik teori yaptığını söyledi, ancak böyle tekniklerin birkaç yıldan fazla olduğunu düşünüyor.
Jacobs, özellikle hata düzeltme alanlarında kuantum geçit hesaplama ile kuantum tavlama arasındaki farklara dikkat çekti ve Microsoft'un üzerinde çalıştığı topolojik kuantum hesaplama olarak da adlandırılan başka bir yöntem olduğunu belirtti.
İlgi çekici zorluklardan biri, Ritter'ın farklı qubitlerin zaman içinde birbirleriyle rezonansa girip birbirleriyle etkileşime girmesini sağlayan, belirli bir frekansta ton göndererek tanımladığı ve hesaplamanın "neredeyse müzikal bir skor gibi" olmasına neden olan bu tür uygulamalar için uygulamalar yazmaktır. Daha yüksek dillerin bulunduğunu, ancak birçok çalışmanın hala teorisyen gerektirdiğini belirtti. Jacobs, her ikisi de büyük ölçüde kuantum geçidi modeline odaklanan, QASM ve Quipper gibi farklı açık kaynak kuantum dilleri seviyeleri olduğunu belirtti. Brownell, kuantum tavlama konusunda çok fazla aktivite olmadığını belirtti, çünkü yakın zamana kadar daha tartışmalıydı ve D-Wave'in bu işin çoğunu kendisinin yapmak zorunda olduğunu ve dilleri daha yüksek seviyelere taşımak için çalıştığını söyledi. Beş yıl içinde, bir GPU veya başka tür bir klasik kaynak kadar kolay bir kullanım olacağını umuyor.
