Lithografie-Maske für einen D-Wave-Quantencomputer.Foto: Steve Jurvetson (Flickr )
Quanten-Computer sind wahrscheinlich der am meisten missverstandenen der im entstehen begriffenen Technologien, die Sinn macht, weil Ihre Grundlagen beruhen auf der am schwersten zu begreifen, Konzepte der Physik. Das führte zu Menschen, die einige lächerliche Behauptungen, wie, dass Sie geben Ihnen die “god-like powers” und, dass Sie sind eine “unmittelbare Bedrohung.”
Weder ist wahr—mainstream-Anwendungen für Quantencomputer, zumindest ein paar Jahre ein Jahrzehnt entfernt, und die große Furcht ist, dass Quanten-algorithmen zu knacken beliebten Verschlüsselungs-Strategien, ist vermutlich mehrere Jahrzehnte entfernt. Dennoch sagen Experten, haben wir in eine neue ära des quantum computing, und Unternehmen haben begonnen, indem kommerzielle Produkte. IBM vor kurzem angekündigt, ein Gerät gesorgt werden, um ein kommerzielles Publikum, und andere Firmen wie Google, Rigetti, und IonQ jetzt oder bald bieten Zugriff auf cloud-basierte Quanten-Prozessoren. Mittlerweile, die NASA, Lockheed Martin, und Los Alamos National Lab bereits gekauft haben, tausend-qubit-Quanten-Simulatoren für etwa $10 Millionen auf $15 Millionen aus einer kleineren, neueren Unternehmen, die wir manchmal übersehen, die sogenannte D-Wave. Sie Fragen sich vielleicht, warum die Leute kaufen so ein teures Gerät, wenn die Technik in so einem frühen Stadium.
“Es ist vor allem noch die Forschung und experimentellen,” Bo Ewald, D-Wave International president, sagte Gizmodo. “No-Produktion Anwendungen noch.”
Warum also die Mühe mit einem dieser Geräte? Wir stellen diese Frage, um Forscher mit Hilfe des D-Wave-Computer bei Lockheed Martin, Los Alamos National Lab, Volkswagen und anderswo. Kurz gesagt, die D-Wellen sind in Ihren frühen Tagen, aber diese Organisationen sind in der Hoffnung, schließlich zu verwenden, um Probleme zu lösen, wie die Vorhersage von Wahlen, routing-taxis im Stau, Kommissionierung oder wichtige Daten aus dem hintergrund-Rauschen. Sie wollen zu Beginn nähert sich diese Rätsel von einem Quanten-computing Denkweise so früh wie möglich. Noch niemand behauptet gefunden zu haben, die killer-app, das bringt quantum computing power, um die Massen. Und während die D-Wave hat gezeigt, es kann wirklich simulieren, Quantenmechanik, andere Maschinen können ähnliche Aufgaben durchführen, schneller. Wenn aber diese Forscher weiter zu verfeinern, Ihre Ideen, werden Sie bereit sein für den Tag künftig einzelne D-Wave-Rechner, oder beliebige andere Quanten-computer, kann echten nutzen bieten.
Quanten-Computer, breit, Computer, verwenden Sie “quantenbits” oder Quanten-bits anstelle der regulären bits, um Ihre Berechnungen. Bits kann entweder auf einen Wert von null oder eins, wie ein magnet, zeigen entweder nach Norden oder Süden. Qubits nehmen müssen null-und eins-Werte, wenn Ihre Berechnungen abgeschlossen sind, aber während der Berechnung können Sie sich auf Werte, die scheinbar dazwischen, die Interaktion mit anderen qubits, die über die Mathematik von subatomaren Teilchen—jedes qubit ist mehr wie eine Reihe von spiegeln bar Magneten. Der Algorithmus bestimmt die endgültige Wert, was könnte sein, eine oder mehrere Kombinationen von diesen Nullen und Einsen. Einige Kombinationen von Nullen und Einsen sind eher, und andere, die verboten sind, basierend auf, dass die Quanten-math.
“Ich dachte, statt darüber zu reden, lassen Sie uns versuchen, einige Probleme, um es zu testen.”
Die meisten Quanten-tech-Unternehmen wie Google, Rigetti, IBM und IonQ—aber nicht D-Wave—verfolgen-gate-Modell, “universal” Quanten-Computer. Dies bedeutet, dass die qubits werden in schaltungen als regelmäßige bits sind, und Anweisungen erhalten, wie Sie miteinander interagieren, in form von “Toren”, die einzelnen Quanten-mechanische Vorgänge. D-Wave ist stattdessen ein “quantum annealer,” eher ein simulator als ein computer. Stellen Sie sich diese spiegeln Magnete wieder vertreten in der D-Wave-loops von supraleitenden Draht durch den Strom können Sie entweder die Reise im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn. Nun die Magnete sind alle spiegeln in einem externen elektrischen und magnetischen Feld. Letztendlich werden Sie alle sich auf einige bevorzugte, Unterste-Energie-Orientierung. Sie sind nützlich für eine kleine und bestimmte Teilmenge von Berechnungen.
Es ist eine Quanten-Aspekt. Wenn die kombinierten Magnete finden eine Energie-Konfiguration, die fast die niedrigsten, aber für die manche Barriere verhindert, dass Sie vom erreichen der eigentlichen niedrigsten Zustand, in einem klassischen computer möglicherweise nicht mehr, der Algorithmus gibt. Aber in ein quantum annealer, die qubits könnte noch kippen, der niedrigste Energie-Zustand. Es nennt sich “quantum tunneling.” Dies ist das äquivalent von eine Murmel in einem Krug auf einem Tisch entscheiden, dass Sie lieber auf dem Boden und ist nur möglich in der Quanten-Reich. Die Maschine tatsächlich funktioniert vielen spiegeln-und-mess-Berechnungen pro Sekunde, immer weiter Dinge, bis es mit möglich mit der niedrigsten Energie Antworten.
Die Maschine selbst sieht mehr oder weniger wie ein supercomputer—ein großer schwarzer Kasten von der Größe eines Schrank, das hält den kleinen chip im inneren kalt. Ähnlich wie ein supercomputer, wer möchte Zugriff auf den D-Wellen-Verbindung zum Prozessor, der über einen link vom eigenen computer haben, würden sich die software verwendet, um feed der D-Wave-Anweisungen und Sie erhalten Ausgänge
D-Wave hat built-Geräte mit 128, 512, 1.000, und jetzt zu 2.048 qubits. Sie sind fehleranfällig, und die qubits können ziemlich leicht abbauen in regelmäßigen bits. Es gibt eine Menge Kontroverse um Ihnen, vor allem von Leuten, die denken, dass D-Wave ist overselling seinem Gerät—und in diesen Tagen, die Menschen sind nicht annähernd so beeindruckt mit der schieren Anzahl der qubits, wie Sie mit Ihrem Steuerbarkeit, oder ob Sie bleiben kann quantum für eine lange Zeit, ohne sich zu verschlechtern. Der Computer kann nur Berechnungen durchführen, die übersetzt in die flipping-in-a-magnetische-Feld-Beispiel oben. Es gibt Beweise, aber nicht Beweis dafür, dass diese Computer schlagen kann, klassische Computer, die versuchen, ähnliche Probleme zu lösen. D-Wave qubits kann sehr leicht verlieren, Ihre Quanten-Verhalten aufgrund von Störungen von außen.
Aber selbst mit diesen Einschränkungen, die viele Unternehmen und Forscher genommen haben, Zinsen. Maria Spiropulu, Physiker am Large Hadron Collider und des CalTech, verwendet, Lockheed Martin, D-Wave-Gerät gehalten am CalTech, um zu ermitteln, Higgs-Bosonen im Large Hadron Collider-Daten. Sie und Ihr team selbst erstellt eine simulation des D-Wave-Gerät, das andere verwenden können, um zu sehen, ob Ihr problem ist einen Versuch Wert, lösen, auf einen echten D-Wave.
“Für mich war das Interesse, ob ich bekommen konnte, um neue Lösungen würde ich mich nicht von anderen Maschinen, oder man die Nachbarschaft einer Lösung schneller”, sagte Spiropulu. “Ich dachte, statt darüber zu reden, lassen Sie uns versuchen, einige Probleme, um es zu testen.”
Dan O ‘ Malley, ein Forscher am Los Alamos lab, nutzt die D-Welle, um zu versuchen und lösen Hydrologie Probleme, wie die Vorhersage , ob es sand oder Lehm im Untergrund. Senior data scientist Max Henderson am Start QxBranch verwendet D-Welle zum re-Modell die Wahl 2016. David Sahner, chief scientific officer von einem startup namens EigenMed, hofft, dass er eine bessere Gesundheitsversorgung Ergebnisse, die mit der D-Welle, um vorherzusagen, welche gesundheitlichen Probleme man haben könnte, aber nicht wissen. Volkswagen Forscher versuchen zur Optimierung des KFZ-Verkehrs, und haben vor kurzem verwendet, die D-Wave-computer zu lösen, ein Chemie-problem, etwas, das Leute tun bereits auf IBM-gate-Modell von Quanten-Computern.
Diese Probleme haben alle etwas gemeinsam: Sie enthalten viele zwei-choice-Fragen wie “diabetes-oder keinen”, “ist der Boden aus Lehm oder sand,” “wird dieser Zustand Abstimmung Demokrat oder Republikaner”, oder “ist es ein Auto auf dieser Straße, oder nicht.” Es gibt ein element der chance. Jeder von diesen beiden Möglichkeiten abgebildet, um ein qubit oder eine Reihe von qubits, und dann das magnetische Feld angewendet wird, und D-Welle findet die wahrscheinlichste Lösung. Es gibt klassische Methoden, lösen ähnliche Probleme, aber diese Forscher sind auf der Suche nach Möglichkeiten, um anzeigen Ihren Problemen speziell bei den D-Wave-Architektur, in der Hoffnung, vorbereitet für das potential eines quantum-computing-revolution zu kommen.
Und wieder, diese sind alle proof-of-concept-Ideen. Diese Forscher wollen einfach nur, um herauszufinden, ob D-Wave ist komisch, Physik, Wahrscheinlichkeit-basierten qubits, und die Fähigkeit zur Lösung von Optimierungsproblemen könnte tatsächlich nützlich sein, eines Tages. Und in der Regel, diese Firmen sind nicht nur mit D-Wave-Geräte, aber das Experimentieren mit der quantum-Systeme von IBM und anderen Unternehmen.
Dies ist nur etwas Los Alamos Wissenschaftler tun: Sie prüfen, high-performance-Computern. “Es ist eine wichtige, aber bescheidener Teil unserer gesamten high-performance-computing-Strategie” John Sarrao, stellvertretender Direktor für Wissenschaft, Technologie und engineering at Los Alamos, sagte Gizmodo. “Es ist eine Technik, die scheint interessant zu sein, dass quantum scheint eine Rolle zu spielen, und ist für Leute, die wollen Sachen ausprobieren. Für uns, das ist genug zu sagen, es ist eine Entdeckung Wert als Teil eines umfassenderen Gesamt-fortgeschrittene-computing-Strategie.”
Und in vielen Fällen werden die Menschen feststellen, dass die D-Welle wird nicht helfen Ihnen Ihre Probleme zu lösen. Das ist auch wichtig. Sagte Sarrao: “Verstehen, was möglich ist, ob Sie eine killer-app oder finden es nicht mehr reagiert—das sind positive Ergebnisse.”
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