Litografi maske til en D-Bølge quantum computer.Foto: Steve Jurvetson (Flickr )
Kvante-computere er nok det mest misforståede af spirende teknologier, der giver mening, fordi deres meget grundlæggende stole på den sværeste at forstå begreber i fysik. Det er ført til, at mennesker gør nogle latterlige påstande, som at de give dig en “gud-lignende magt”, og at de er en “overhængende trussel.”
Ingen af delene er sande—mainstream bruger for kvante-computere, der er mindst et par år på et årti væk, og den store frygt, at quantum algoritmer vil knække populære kryptering strategier, er formentlig flere årtier væk. Stadig, eksperter siger, at vi har indgået en ny æra af quantum computing, og virksomheder er begyndt at sætte ud kommercielle produkter. IBM har netop annonceret en enhed taget hensyn til det kommercielle publikum, og andre virksomheder som Google, Rigetti, og IonQ nu eller snart vil tilbyde adgang til cloud-baserede quantum-processorer. I mellemtiden, NASA, Lockheed Martin, og Los Alamos National Lab har allerede købt tusind bendt quantum simulatorer for omkring $10 millioner til $15 millioner fra et mindre, nyere virksomhed, vi nogle gange overser, kaldet D-Bølge. Du kan spekulerer på, hvorfor folk skulle købe en så dyr enheden, når den teknologi i et tidligt stadium.
“Det er for det meste stadig forskning og eksperimentel,” Bo Ewald, D-Bølge International ‘ s præsident, fortalte Gizmodo. “Ingen produktion-programmer endnu.”
Så hvorfor bruge tid med en af disse enheder? Vi stillet dette spørgsmål til forskere, der bruger D-Bølge computere på Lockheed Martin, Los Alamos National Lab, Volkswagen, og andre steder. I korte, D-Bølger i deres tidlige dage, men disse organisationer, i håb om at i sidste ende bruge dem til at løse problemer, som at forudsige valg, routing taxier i trafikken, eller plukke vigtige data ud af baggrundsstøj. De ønsker at begynde at nærme sig disse gåder fra en quantum computing tankegang så tidligt som muligt. Ingen endnu hævder at have fundet den killer app, der vil bringe quantum computing power til masserne. Og mens D-Bølge har vist, at det virkelig kan simulere kvantemekanik, andre maskiner, der kan udføre lignende opgaver, hurtigere. Men hvis disse forskere fortsætte med at finpudse deres ideer, de vil være klar til den dag, nogle af de kommende D-Wave-maskine, eller andre quantum computer, kan tilbyde reelle fordele.
Kvante-computere, stort set, er de computere, der bruger “qubits” eller kvante-bits, i stedet for almindelige bits, til at gøre deres beregninger. Bits kan enten tage på en værdi på nul eller én, ligesom en magnet, der kan enten pege mod nord eller syd. Qubits skal tage på nul og én værdier, når deres beregninger er komplet, men i løbet af beregningen, de kan tage på værdier tilsyneladende i mellem, interagere med andre qubits via matematik af subatomare partikler—hver bendt er mere som en række flipping bar magneter. Den algoritme, der bestemmer den endelige værdi, som kunne være en eller flere kombinationer af disse nuller og ettaller. Nogle kombinationer af nuller og ettaller, er det mere sandsynligt, og andre er forbudt, er baseret på, at quantum matematik.
“Jeg troede, i stedet for at tale om det, lad os prøve nogle problemer med at teste det.”
De fleste quantum tech-firmaer som Google, Rigetti, IBM, og IonQ—men ikke D-Wave—forfølger gate model, “universal” kvante-computere. Dette betyder, at qubits er sat op i kredsløb, som almindelige bits er, og modtage instruktioner om, hvordan man skal interagere med hinanden i form af “gates” individuelle kvante mekaniske operationer. D-Wave er i stedet en “quantum annealer,” mere af en simulator end en computer. Forestil dem, at vende magneter igen, der er repræsenteret i D-Bølge som løkker af superledende tråd gennem hvilken der kan enten rejse med uret eller mod uret. Nu er de magneter, der er alle flipping i en ydre elektriske og magnetiske felt. De vil i sidste ende alle sætte sig på nogle foretrukne, med den laveste energi orientering. De er nyttige for en lille og specifik undergruppe af beregninger.
Der er et afgørende aspekt til det. Hvis magneter kombineret med at finde en energi, konfiguration, der er næsten den lavest mulige, men som nogle barriere, der forhindrer dem i at nå de faktiske laveste tilstand, en klassisk computer kan stoppe den algoritme der. Men i en quantum annealer, qubits kan stadig flip til den laveste energitilstand. Det kaldes “quantum tunneling.” Dette svarer til en marmor i en krukke på en tabel for at beslutte, at det ville snarere være på gulvet, og er kun mulig i den kvantemekaniske verden. Maskinen faktisk udfører masser af bladre-og-måling beregninger per sekund, konstant raffinering ting, indtil det kommer op med mulige laveste energi svar.
Selve maskinen ser mere eller mindre som en supercomputer—en stor sort kasse på størrelse med et skab, der holder den lille chip inde koldt. Svarende til en supercomputer, dem, som gerne vil have adgang til D-Bølge oprette forbindelse til processoren via et link fra deres egen computer, som ville have software, der anvendes til foder, D-Bølge instruktioner og modtage udgange
D-Bølge har indbyggede enheder med 128, 512, 1.000, og nu 2,048 qubits. De er fejlbehæftede, og det qubits kan temmelig let nedbrydes til almindelige bits. Der er en masse kontroverser, der omgiver dem, primært fra folk, der tror, at D-Wave er oversælge sit enhed—og i disse dage, er folk ikke nær så imponeret over det store antal af qubits, som de er med deres kontrollerbarhed, eller om de kan forblive quantum for en lang tid uden nedværdigende. Computere kan kun udføre beregninger, der kan omsættes til bladre-i-en-magnetisk felt eksemplet ovenfor. Der er beviser for, men ikke et uomtvisteligt bevis for, at disse computere kan slå klassiske computere, der forsøger at løse lignende problemer. D-Wave ‘ s qubits kan meget nemt mister deres quantum adfærd på grund af forstyrrelser fra det udendørs miljø.
Men selv med disse forbehold, masser af virksomheder og forskere, der har taget interesse. Maria Spiropulu, en fysiker ved Large Hadron Collider og CalTech, der anvendes Lockheed Martin ‘ s D-Wave enhed, der holdes på CalTech med henblik på at identificere Higgs bosoner i Large Hadron Collider data. Hun og hendes team har endda lavet en simulering af D-Wave enhed, som andre kan bruge til at se, hvis deres problem er værd at forsøge at løse på en rigtig D-Bølge.
“Til mig, og den interesse, var, om jeg kunne få nye løsninger, jeg ikke ville få fra andre maskiner, eller komme til omegnen af en løsning hurtigere,” sagde Spiropulu. “Jeg troede, i stedet for at tale om det, lad os prøve nogle problemer med at teste det.”
Dan O ‘ Malley, en forsker i Los Alamos laboratoriet, bruger D-Wave til at forsøge at løse hydrologi problemer, såsom at forudsige , om der er sand eller ler i undergrunden. Senior data videnskabsmand Max antal Henderson ved opstart QxBranch brugt D-Wave til at re-model 2016-valget. David Sahner, chief scientific officer hos en start kaldet EigenMed, håber han kan give bedre sundhedsydelser resultater, at bruge D-Bølge at forudsige, hvilke sundhedsmæssige problemer, man kan have, men ikke kender. Volkswagen forskere forsøger at optimere biltrafikken, og for nylig har brugt D-Bølge computeren for at løse et kemi problem, noget folk allerede gør på IBM-gate-model af kvante-computere.
Disse problemer har alle noget til fælles: De indeholder masser af to-choice-spørgsmål, som “diabetes eller ingen,” “er den begrundelse, lavet af ler eller sand,” “, vil denne tilstand afstemning Demokrat eller Republikaner,” eller “er der en bil på denne vej eller ikke.” Der er et element af tilfældighed. Hver af disse to valg, bliver knyttet til et øjebliksbillede eller et sæt af qubits, og så er det magnetiske felt er anvendt, og D-Wave finder den mest sandsynlige løsning. Der er klassiske metoder, der kan løse lignende problemer, men disse forskere er på udkig efter måder til at kortlægge deres problemer specielt på D-Wave ‘ s arkitektur, i håb om at blive forberedt til det potentiale, der er quantum computing-revolutionen til at komme.
Og igen, disse er alle proof-of-concept ideer. Disse forskere, der blot ønsker at finde ud af, om D-Wave er underligt, fysik, sandsynlighed-baseret qubits, og evnen til at løse optimeringsproblemer kunne faktisk være nyttigt en dag. Og typisk, disse virksomheder ikke blot bruger D-Wave enheder, men eksperimenterer med kvantemekaniske systemer fra IBM og andre selskaber samt.
Det er bare noget, Los Alamos forskere gør: De test high performance computere. “Det er en vigtig, men beskeden del af hele vores high performance computing-strategi,” John Sarrao, vicedirektør for videnskab, teknologi og teknik i Los Alamos, fortalte Gizmodo. “Det er en teknologi, der ser ud til at være interessant, at quantum synes at spille en rolle i, og er til rådighed for folk, der ønsker at prøve ting ud. For os, det er nok at sige, at det er værd at en efterforskning som en del af en bredere overordnede avanceret design og strategi.”
Og i mange tilfælde, vil folk finde, at D-Bølge vil ikke hjælpe dem med at løse deres problemer. Det er også vigtigt. Sagde Sarrao: “Forståelse af, hvad der er muligt, hvad enten du finde en killer app, eller finde det ikke-lydhør—dem, der er positive resultater.”
Dele Denne Historie