Litografi maske for en D-Bølge quantum datamaskinen.Foto: Steve Jurvetson (Flickr )
Kvante-datamaskiner er trolig den mest misforståtte av nye teknologier, noe som gir mening, fordi deres svært grunnleggende stole på det vanskeligste-å-forstå begrepene fysikk. Det har ført til at mennesker gjør noen latterlige påstander, som at de gir deg “gud-lignende krefter”, og at de er en “umiddelbar trussel.”
Det er heller ikke sant—mainstream bruker for kvante-datamaskiner er minst et par år til et tiår unna, og den store frykten, kvante-algoritmer vil knekke populære kryptering strategier, er trolig flere tiår unna. Likevel, eksperter sier at vi har gått inn i en ny æra av quantum computing, og selskaper har begynt å sette ut til kommersielle produkter. IBM har nylig annonsert en enhet rettet mot et kommersielt publikum, og andre selskaper som Google, Rigetti, og IonQ nå eller snart vil tilbyr tilgang til cloud-basert quantum-prosessorer. I mellomtiden, NASA, Lockheed Martin, og Los Alamos National Lab har allerede kjøpt tusen qubit kvante-datamaskiner for ca $10 millioner til $15 millioner kroner fra en mindre, nyere selskapet vi noen ganger overse, kalt D-Bølge. Du lurer kanskje på hvorfor folk ville kjøpe slike dyre enheten når teknologien i et så tidlig stadium.
“Det er for det meste fortsatt forskning og eksperimentell,” Bo Ewald, D-Bølge Internasjonale president, fortalte Gizmodo. “Ingen produksjon programmer ennå.”
Så hvorfor bruke bry seg med en av disse datamaskinene? Vi stilte dette spørsmålet til forskere ved hjelp av D-Bølge datamaskiner i Lockheed Martin, Los Alamos National Lab, Volkswagen, og andre steder. Kort sagt, D-Bølge datamaskiner er i sine tidlige dager, men disse organisasjonene er i håp om å til slutt bruke dem til å løse problemer, som å forutsi valg, ruting drosjer i trafikk, eller plukke avgjørende data ut av bakgrunnsstøy. De ønsker å starte nærmer seg disse oppgavene fra en quantum computing tankesett så tidlig som mulig. Ingen ennå hevder å ha funnet killer app som vil bringe quantum computing makt til massene. Og mens D-Bølgen har vist det kan virkelig simulere quantum mechanics, andre maskiner som kan utføre lignende oppgaver, raskere. Men hvis disse forskerne fortsetter å forbedre sine ideer, vil de være klar for dagen noen fremtidige D-Bølge maskin, eller noen andre quantum datamaskinen, kan gi virkelige fordeler.
Kvante-datamaskiner, i vid forstand, er datamaskiner som bruker “qubits,” eller quantum biter, i stedet for vanlige bits, for å gjøre sine beregninger. Biter kan enten ta på en verdi på null eller én, som en magnet som kan enten punkt nord eller sør. Qubits må ta på null og én verdier når deres beregninger er komplett, men under beregningen, de kan ta på verdier tilsynelatende i mellom, i samspill med andre qubits via matematikk av subatomære partikler—hver qubit er mer som en serie av flipping bar magneter. Algoritmen som bestemmer den endelige verdien, noe som kan være en eller flere kombinasjoner av de som nuller og enere. Noen kombinasjoner av nuller og de er mer sannsynlig, og andre er forbudt, basert på at quantum matematikk.
“Jeg trodde, i stedet for å snakke om det, la oss prøve noen problemer med å teste den.”
De fleste quantum tech selskaper som Google, Rigetti, IBM, og IonQ—men ikke D-Bølge—arbeider gate modell kvante-datamaskiner. Dette betyr at qubits er satt opp i kretser som vanlig mange biter, og du får instruksjoner om hvordan du samhandler med hverandre i form av “gates,” individuelle kvantemekaniske operasjoner. D-Bølge er i stedet en “quantum annealer.” Kan tenke meg de flipping magneter igjen, representert i D-Bølge som looper av superledende ledningen gjennom som strøm kan enten reise med klokken eller mot klokken. Nå magnetene er alle snu i en ytre elektriske og magnetiske felt. De vil etter hvert alle bosette seg på noen foretrakk, lavest energi orientering. De er nyttige for en mindre og spesifikk undergruppe av beregninger.
Det er et kvantesprang aspekt til det. Hvis kombinert magneter finne en energi-konfigurasjon som er nesten lavest mulig, men som noen barriere som hindrer dem fra å nå den faktiske laveste tilstand, en klassisk datamaskinen kan slutte å algoritmen det. Men i en kvante-maskin, qubits kan fortsatt snu til den med lavest energi tilstand. Det kalles “quantum tunneling.” Dette tilsvarer en marmor i en krukke på et bord bestemme deg for at det ville heller være på gulvet, og er bare mulig i quantum riket. Maskinen faktisk utfører mange av flipping-og-måling beregninger per sekund, stadig med å forbedre ting før det kommer opp med lavest mulig energi svar.
Selve maskinen ser ut mer eller mindre som en superdatamaskin—en stor svart boks på størrelse med en vifte som holder liten chip inne kulde. Ligner på en superdatamaskin, de som ønsker å få tilgang til D-Bølge koble til prosessoren via en lenke fra sin egen datamaskin, som ville ha programvare som brukes til å mate D-Bølge instruksjoner og motta utganger
D-Bølgen har bygget datamaskiner med 128, 512, 1,000, og nå 2,048 qubits. De er utsatt for feil, og qubits kan ganske lett brytes ned i jevne biter. Det er mye uenighet rundt dem, i hovedsak fra folk som tror at D-Bølge er overselling sin enhet, og i disse dager, folk er ikke på langt nær så imponert over det store antallet av qubits som de er, med sine kontrollerbarhet, eller om de kan forbli quantum for en lang tid uten å forringe. Datamaskiner kan bare utføre beregninger som kan oversette til bla-i-en-magnetisk-feltet eksemplet ovenfor. Det er dokumentert, men ikke uomtvistelige bevis på at disse datamaskinene kan slå klassisk datamaskiner prøver å løse lignende problemer. D-Bølge er qubits kan veldig lett miste sine quantum atferd på grunn av forstyrrelser fra det ytre miljøet.
Men selv med disse forbehold, massevis av selskaper og forskere har tatt interesse. Maria Spiropulu, en fysiker ved Large Hadron Collider og CalTech, brukes Lockheed Martin ‘ s D-Bølge enheten holdt på CalTech for å identifisere Higgs-bosoner i Large Hadron Collider data. Hun og hennes team selv laget en simulering av D-Bølge enheten som andre kan bruke for å se om problemet deres er verdt å prøve å løse på en real D-Bølge.
“For meg er det interesse var om jeg kunne få nye løsninger jeg ikke ville få fra andre maskiner, eller komme til området i en løsning raskere,” sa Spiropulu. “Jeg trodde, i stedet for å snakke om det, la oss prøve noen problemer med å teste den.”
Dan O ‘ Malley, forsker ved Los Alamos-laboratoriet, bruker D-Bølge for å prøve og løse hydrologi problemer, for eksempel å forutsi om det er sand eller leire t-banen. Senior data forskeren Max Henderson ved oppstart QxBranch brukt D-Bølge for å re-modellen 2016-valget. David Sahner, chief scientific officer i en oppstart kalt EigenMed, håper han kan gi bedre helsetjenester resultater, ved å bruke D-Bølge å forutsi hva helse problemer man kan ha, men ikke vet om. Volkswagen forskere prøver å optimalisere bil trafikk, og har nylig brukte D-Bølge datamaskin for å løse en kjemi problem, noe folk allerede gjør på IBM gate-modell kvante-datamaskiner.
Disse problemene har alle noe felles: De inneholder massevis av to-choice spørsmål, som “diabetes eller ikke,” “er grunnen består av leire eller sand,” “vil denne tilstanden stemme Demokrat eller Republikaner,” eller “er det en bil på denne veien eller ikke.” Det er et element av tilfeldighet. Hver av disse to valgene blir tilordnet til en qubit eller sett av qubits, og da er det magnetiske feltet er brukt, og D-Bølge finner den mest sannsynlige løsningen. Det er klassiske metoder som kan løse lignende problemer, men disse forskerne er på utkikk etter måter å kartlegge deres problemer spesielt på D-Bølge arkitektur, i håp om å være forberedt på potensialet i en quantum computing-revolusjonen kommer.
Og igjen, disse er alle proof-of-concept ideer. Disse forskerne vil ganske enkelt å finne ut om D-Bølge er rart fysikk, sannsynlighet-basert qubits, og evne til å løse optimalisering problemer kan faktisk være nyttig en dag. Og vanligvis er disse selskapene er ikke bare ved hjelp av D-Bølge datamaskiner, men eksperimenterer med quantum systemer fra IBM og andre bedrifter så vel.
Dette er bare noe av Los Alamos forskere gjør: De tester høy ytelse datamaskiner. “Det er en viktig, men beskjeden del av hele vår high performance computing strategi,” John Sarrao, assisterende direktør for vitenskap, teknologi og ingeniørfag ved Los Alamos, fortalte Gizmodo. “Det er en teknologi som synes å være interessant, at quantum synes å spille en rolle i, og er tilgjengelig for folk som ønsker å prøve ut ting. For oss er det nok å si at det er verdt en utforskning som en del av en bredere samlet advanced computing-strategi.”
Og i mange tilfeller, folk vil finne at D-Bølge vil ikke hjelpe dem å løse sine problemer. Det er viktig, også. Sa Sarrao: “å Forstå hva som er mulig, om du finner en killer app eller finner det ikke-responsiv—de er positive resultater.”
Deler Denne Historien