Вот что квант животворящий делает

МЕНЮ


Новости ИИ
Поиск

ТЕМЫ


Внедрение ИИНовости ИИРобототехника, БПЛАТрансгуманизмЛингвистика, рбработка текстаБиология, теория эволюцииВиртулаьная и дополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информации

АРХИВ


Июнь 2017
Май 2017
Апрель 2017
Март 2017
Февраль 2017
Январь 2017
Декабрь 2016
Ноябрь 2016
Октябрь 2016
Сентябрь 2016
Август 2016
Июль 2016
Июнь 2016
Май 2016
Апрель 2016
Март 2016
Февраль 2016
Январь 2016
0000

RSS


RSS новости
птичий грипп

Новостная лента форума ailab.ru

Сегодня квантовые вычисления — одно из стратегических направлений развития, которому уделяют большое внимание крупные корпорации и научные центры. И хотя в печати время от времени сообщается об очередных достижениях по созданию квантовых компьютеров, пока что речь идёт, в основном, об экспериментальных изделиях для отработки идей и технологий. Использовать такие компьютеры в жизни пока затруднительно. Но вполне вероятно, что именно в 2017 нас ожидает прорыв в сфере практического применения квантовых компьютеров.

Минутка ликбеза

На всякий случай напомним, что такое квантовые вычисления. Классические компьютеры выполняют вычисления с помощью битов, которые могут быть в одном из двух состояний — 0 или 1. В квантовых вычислениях используются квантовые биты — quantum bit, qubit, кубит. Благодаря явлению квантовой суперпозиции кубиты могут находиться в одном из трёх состояний — 0, 1, 0 и 1 одновременно. Это позволяет квантовым компьютерам решать определённые типы сложных алгоритмических задач, которые обычными компьютерами либо вообще не решаются, либо решаются очень долго.

Сегодня существует несколько разных подходов к получению кубитов, каждый из которых имеет сильные и слабые стороны. Например:

Сверхпроводящие контуры — элементы, в которых без потерь циркулирует электрический ток. Управляются внешним источником микроволнового излучения. Могут быть построены на промышленных суперпроводниках, но очень нестабильны и требуют поддержания сверхнизкой температуры.

Ионы в вакуумных ловушках — с помощью лазеров можно менять энергию ионов и переводить их в состояние суперпозиции. Очень стабильны, но работают не слишком быстро и требуют использования большого количества лазеров.

Кремниевые квантовые точки — электроны добавляются к крохотным кусочкам кремния, управление происходит с помощью внешнего источника микроволнового излучения или лазерами. Стабильны, создаются на промышленных полупроводниках, но требуют поддержания сверхнизкой температуры и плохо поддаются масштабированию.

Топологические кубиты — в поведении электронов, путешествующих по полупроводниковым структурам, можно выделить паттерны, с помощью которых можно кодировать квантовую информацию. Эта идея отличается низким уровнем ошибок, но её достоверность не подтверждена.

Азото-замещённая вакансия в алмазе — дефект кристаллической решётки алмаза, связываемый с атомом азота. Управление лазером. Работает при комнатной температуре, но трудно масштабировать.

Сила квантовых компьютеров заключается в экспоненциальной масштабируемости их вычислительной мощности. Двухкубитные машины одновременно выполняют 4 вычисления, трёхкубитные — 8 вычислений, 4-кубитные — 16, и так далее. Перспективность квантовых компьютеров такова, что один процессор на 50-60 кубитов в ряде задач может быть более производительным, чем китайский суперкомпьютер Тяньхэ-2, занимающий площади размером с половину футбольного поля, потребляющий 20 мегаватт энергии и стоивший около $400 млн.

Эксперты ожидают появление квантовых вычислительных устройств, способных конкурировать с суперкомпьютерами, в течение ближайших полутора лет.

На пороге революции

Над созданием квантовых компьютеров сегодня работают Google, Lockheed Martin, Лаборатория в Лос-Аламосе, Microsoft, IBM, Intel, Rigetti Computing, D-Wave и многие другие корпорации, компании и лаборатории. Согласно мнению аналитиков Gartner, технологии квантовых вычислений находятся на раннем этапе своего развития:
Квантовые компьютеры достигнут «плато продуктивности» более чем через десять лет. А это означает, что в 2017-2018 годах весьма вероятно появление первых образцов, которые будут более универсальны в применении. Дело в том, что современные разработки совершенно непрактичны для повседневного применения. Кубиты неустойчивы и могут легко быть выведены из состояния суперпозиции, а сами квантовые компьютеры представляют собой сложные установки, очень требовательные к параметрам окружающей среды.

Кроме того, квантовые компьютеры чрезвычайно сложны в программировании, поскольку для этого требуются весьма специфические знания. Для подавляющего большинства практических задач приходится использовать промежуточные средства преобразования в языки квантовых компьютеров, что сводит на «нет» их главное преимущество — невероятную производительность. Поэтому развитие квантовых технологий идёт по двум направлениям: совершенствование аппаратной части и разработка новых подходов к программированию.

Квантовые компьютеры в массы

В прошлом году IBM запустила облачный сервис, позволяющий запускать сторонние программы на принадлежащем корпорации квантовом компьютере. А один из самых известных разработчиков квантовых компьютеров, канадская компания D-Wave создала open source-инструмент Qbsolv. Он призван помочь разработчикам программировать компьютеры D-Wave без необходимости углубляться в дебри квантовой физики. Qbsolv можно назвать попыткой придать человеческое лицо квантовому программированию. Это очень правильный шаг, ведь учитывая сложность, новизну и непонятность квантовых вычислений, мало кто из IT-специалистов в полной мере осознаёт важность этой технологии, насколько она способна изменить нашу жизнь.

Около года назад появился и другой бесплатный инструмент — Qmasm, облегчающий бремя написания кода для компьютеров D-Wave. Он избавляет программистов от необходимости думать об адресации конкретного железа. Обе эти инициативы — Qbsolv и Qmasm — призваны привлечь внимание сообщества разработчиков к решению проблем, характерных для квантовых вычислений. Правда, чтобы запустить созданные с помощью этих инструментов программы вам нужен будет доступ к одному из компьютеров D-Wave, но можно воспользоваться и доступным для скачивания симулятором. Конечно, это неравноценные варианты, но хоть что-то для начала.

Квантовые компьютеры D-Wave сегодня считаются одними из самых продвинутых. Они построены на принципе квантового отжига (квантовой релаксации) и предназначены для очень узкого спектра задач: решения вопросов оптимизации. Классический пример — задача коммивояжёра: вычисление кратчайшего замкнутого маршрута, проходящего по всем заданным точкам.

Несколько лет назад машины D-Wave подвергались массовой критике, и даже ставилась под сомнение их квантовая сущность. В 2013 году консорциум Google и NASA приобрёл квантовый компьютер D-Wave. В 2015-м специалисты Google опубликовали научную работу, в котором подтвердили, что компьютер D-Wave действительно использует для своих вычислений квантовый эффект, и какую-то конкретную, узкую задачу может решать в 100 млн раз быстрее обычных компьютеров. Теперь скептики в основном сомневаются, может ли компьютер D-Wave в целом работать быстрее обычных компьютеров, и является ли лежащий в его основе принцип более эффективным, чем подходы IBM и других разработчиков.

От квантов к искусственному интеллекту, суперлекарствам и прочим благам

Масла в огонь подливают высказывания разработчиков D-Wave, согласно которым их детище не обязательно предлагает самое эффективное решение задач по оптимизации. Суть в том, чтобы дать решение, возможно, не идеальное, но зато сделать это очень быстро. То есть основное предназначение квантовых компьютеров D-Wave — решение таких задач, для которых критична скорость нахождения решения, а не его точность.
Под это описание подходят многочисленные задачи в сфере искусственного интеллекта. Машинное обучение по большей части решает проблемы «распознавания паттернов». Алгоритмы перелопачивают большие наборы данных в поисках сигналов в шуме, и необходимо максимально увеличить количество сравнений в поисках лучшей модели описания этих данных. Квантовые компьютеры могли бы решать подобные задачи на порядки эффективнее, одновременно сравнивая огромное количество данных и их преобразования. Это позволило бы гораздо быстрее придти к гораздо более мощным формам искусственного интеллекта.

Правда, можно назвать как минимум одну сферу, для которой развитие квантовых компьютеров является не благом, а кошмаром — криптография. Многие алгоритмы, стойкость которых основывается на колоссальной длительности перебора возможных вариантов с помощью классических компьютеров, с внедрением квантовых вычислений вмиг перестанут быть надёжными. По этой причине, например, американский Национальный институт стандартов и технологий призвал правительство к 2025-му году быть готовым перейти на «постквантовую» криптографию. Майкл Моска, сооснователь Института квантовых вычислений в Университете Ватерлоо, а также сооснователь компании EvolutionQ, пришёл к выводу, что с вероятностью около 14% к 2026 году будут созданы квантовые компьютеры, способные взламывать алгоритмы шифрования, которые сегодня используются в критически важных системах. Иными словами, лет через 10 криптография в её современном виде может просто перестать быть актуальной. С другой стороны, квантовые вычисления позволят создать новые, невиданные ранее алгоритмы.

Другая важнейшая сфера применения квантовых компьютеров — моделирование сложных молекулярных взаимодействий на атомарном уровне. Скоро мы сможем смоделировать все 20 тыс. протеинов, закодированных в человеческом геноме, и начнём изучать воздействие на них лекарств, как существующих, так и тех, что будут созданы. Такая глубина моделирования позволит разработать средства от болезней, которые сегодня считаются неизлечимыми.

Моделирование взаимодействий на атомарном уровне даст нам возможность создавать и новые материалы с невиданными характеристиками. Возможно, мы сможем производить более эффективные суперпроводники, более мощные магниты, более ёмкие и компактные аккумуляторы, и так далее.

Квантовые компьютеры позволят поднять на новый уровень наше понимание устройства биологических систем, протекания различных процессов, свойственных объектам живой природы. Биомиметика породит новые невероятные изобретения, в том числе новые материалы, более эффективные системы хранения энергии, всевозможные машины и устройства, использующие принципы движения различных птиц, животных и насекомых.

Иными словами, квантовые компьютеры будут одним из важнейших факторов, приближающих наступление технологической сингулярности. Что будет после — не может предположить никто. Это словно горизонт событий для нашей цивилизации. И мы мчимся к нему на всех парах.

Источник: habrahabr.ru