V roku 2012 fyzik Seth Lloyd, ktorý sedel v horúcom bazéne, navrhol tvorcom spoločnosti Google, Sergey Brin a Larry Page, kvantovú internetovú aplikáciu. Nazval ju Quoogle: vyhľadávací nástroj, ktorý využíva matematiku založenú na fyzike subatomárnych častíc a zobrazuje výsledky bez toho, aby poznal samotné otázky. Takýto skok by si vyžadoval úplne nový typ pamäte - takzvanú QAMM alebo kvantovú pamäť s ľubovoľným prístupom.
Hoci tento nápad zaujal Brina a Page, opustili ho, Lloyd povedal „Gizmodo“. Podľa neho mu pripomenuli, že ich obchodný model je založený na poznaní všetkých informácií o všetkých.
Ale KOSU ako nápad nezomrel. Moderné počítače si dobre pamätajú informácie v miliardách bitov, binárne číslice rovné nule alebo jednej. RAM alebo pamäť s ľubovoľným prístupom ukladá informácie na kremíkové čipy na krátku dobu, pričom každú informáciu priraďuje ku konkrétnej adrese, ku ktorej je možné pristupovať náhodne a v akomkoľvek poradí, aby sa na tieto informácie mohlo neskôr odvolať. Vďaka tomu je počítač oveľa rýchlejší, čo umožňuje prenosnému počítaču alebo mobilnému telefónu okamžite získať údaje uložené v pamäti RAM, ktoré často používajú aplikácie, namiesto ich vyhľadávania v úložisku, ktoré je oveľa pomalšie. Ale niekedy v budúcnosti môžu byť počítačové procesory nahradené alebo rozšírené o kvantové počítačové procesory, stroje schopné vkladať obrie databázy.strojové učenie a umelá inteligencia. Kvantové počítače sú stále rodiacou sa technológiou, ale ak budú niekedy schopné vykonať tieto potenciálne lukratívne algoritmy, budú potrebovať úplne nový spôsob prístupu k pamäti RAM. Budú potrebovať TELO.
„KRAM môže byť skvelá aplikácia, vďaka ktorej sú kvantové zariadenia od spoločnosti Google a IBM okamžite užitočné,“povedal Lloyd pre Gizmodo.
Klasické počítače ako ThinkPad, Iphone a najvýkonnejší superpočítače vykonávajú všetky svoje operácie tak, že prekladajú údaje do jednej alebo viacerých kombinácií bitov, núl a jedných. Bity vzájomne interagujú a nakoniec vytvárajú ďalšiu kombináciu núl a núl. Kvantové počítače tiež produkujú konečný výsledok vo forme jednotiek a núl. Ale zatiaľ čo sa počíta, ich kvantové bity alebo qubity spolu komunikujú novým spôsobom prostredníctvom rovnakých fyzikálnych zákonov, ktorými sa riadia elektróny. Namiesto toho, aby išlo o nulu alebo o jeden, môže byť každý qubit pri počítaní oboje, pričom použije matematickú rovnicu, ktorá šifruje pravdepodobnosť získania nula alebo jednu iba pri testovaní jej hodnoty. Niekoľko qubitov používa zložitejšie rovnice,ktoré označujú hodnoty qubit ako jednotlivé matematické objekty. Výsledkom je jeden alebo viac možných binárnych reťazcov, ktorých konečná hodnota je určená pravdepodobnosťami v rovniciach.
Tento zvláštny matematický prístup - qubity zostávajú rovnicami, kým ich nevypočítate a potom znovu nevyzerajú ako bity, ale ich hodnoty môžu obsahovať aj prvok náhodnosti - umožňuje riešiť problémy, ktoré sú pre počítače tradične ťažké. Jednou z takýchto výziev je rozklad veľkých čísel na prvočísla, čo rozbíja algoritmy používané na ukladanie veľkého množstva šifrovaných údajov - vývoj, ktorý môže byť „kystrofický“pre kybernetickú bezpečnosť. Môže tiež slúžiť ako nový spôsob spracovania veľkých množín údajov, napríklad údajov používaných pri strojovom učení (ako sú pokročilé systémy rozpoznávania tváre).
Kvantové počítače stále nie sú o nič lepšie ako bežné počítače. IBM poskytuje vedcom a podnikateľom prístup k funkčnému 20-bitovému procesoru a Rigetti k 19-bitovému procesoru, zatiaľ čo tradičné superpočítače môžu simulovať kvantové sily až do 50 bitov. Napriek tomu fyzik John Preskil nedávno oznámil, že technológia vstupuje do novej éry, v ktorej budú kvantové počítače čoskoro užitočné pre viac než zábavné experimenty z fyziky. Americká vláda berie kvantové technológie vážne z dôvodu ich dôležitosti pre kybernetickú bezpečnosť a mnoho fyzikov a programátorov hľadá nové miesta pre nich.
Mnoho výskumníkov tiež dúfa, že nájdu aplikácie pre kvantové počítače vo vývoji umelej inteligencie a strojového učenia pomocou kvantových algoritmov. Takéto algoritmy sú zložité a zahŕňajú značné množstvo informácií, a preto si vyžadujú kvantovú alternatívu k RAM: qRAM.
Propagačné video:
Kvantová RAM nie sú miliardy bitov uložených vo viacerých bitoch. Namiesto toho je to spôsob, ako môžu kvantové počítače aplikovať svoje kvantové operácie na veľké zoznamy údajov nachádzajúcich sa v problémoch strojového učenia. Pravidelná RAM sa nakoniec skladá z údajov, ktoré programy potrebujú na spustenie, a programy k nim majú prístup zadaním adresy bitov - rovnakým spôsobom môžete získať súčet buniek zadaním (A2 + B2) namiesto zadávania čísel. manuálne. Kvantové algoritmy budú musieť pristupovať k bežnej pamäti s ľubovoľným prístupom na kvantovej úrovni - v najprimitívnejšom zmysle vytvárajú superpozíciu, v ktorej je bunka súčasne A2 aj B2, a až potom, keď je výpočet dokončený, zobrazí hodnotu A2 alebo B2. O pamäti ako takej neexistuje nič kvantové - kvantum je spôsob, akým k nemu pristupujete a ako ho používate.
V zásade, ak máte veľa uložených údajov - napríklad v databázach na školenie chatbotov -, môže existovať kvantový algoritmus, ktorý dokáže robiť viac ako bežný počítač, pokiaľ ide o prehľadávanie údajov alebo správu o dôležitých veciach. … Môže to byť veľmi lukratívne pre finančné odvetvie a spoločnosti, ako je Google, a samozrejme si to bude vyžadovať kvantovú pamäť RAM.
V článku o QRAM, ktorý pred desiatimi rokmi napísal Lloyd a jeho tím, bol opísaný jeden spôsob prístupu iba k adresám v pamäti potrebným na superpozíciu pomocou niečoho, čo nazývali „kvantový požiarny reťazec“. V podstate, pretože každá adresa v RAM je iba sekvenciou bitov, dá sa to považovať za vetviaci strom, v ktorom je každý štvorček ukazovateľom, ktorý počítaču hovorí, aby sa otočil doľava alebo doprava. Funguje to aj na konvenčných počítačoch, ale kvantový počítač s iba dvoma možnosťami si nevyhnutne zamotá ďalšie cesty na každom kroku, čo nakoniec povedie k neuveriteľne veľkému a krehkému kvantovému stavu, ktorý sa môže v nekvantovom prostredí ľahko zrútiť. Lloyd a jeho kolegovia navrhli stromovú štruktúru,v ktorej je každá vetva automaticky udržiavaná v pohotovostnom režime, čo umožňuje počítaču pohybovať sa iba po pravej alebo ľavej vetve (na strane), aby sa získal prístup k požadovanej pamäti bez toho, aby sa zavádzali nepotrebné informácie. Rozdiel je svojou povahou celkom technický, je však navrhnutý tak, aby výrazne znížil energiu potrebnú na vyriešenie tohto problému v strojovom učení.
„Väčšina algoritmov používaných vo výskume vyžaduje určitý druh kvantovej pamäte,“uviedla Michelle Mosca, vedkyňa University of Waterloo v Kanade, ktorá tiež skúmala kvantovú pamäť pre Gizmodo. „Čokoľvek, čo znižuje náklady na aplikovanú kvantovú pamäť RAM, môže tiež dramaticky znížiť čas pred príchodom každodenných kvantových počítačov.“
Ale stále sme vo veľmi, veľmi skorom štádiu vývoja kvantového programovania. Dnes sa zdá, že spôsob, akým si staré počítače pamätajú na informácie, je takmer smiešny. RAM pozostávala z magnetických slučiek spojených vodičmi, pričom každá slučka korešpondovala s jedným bitom a orientácia magnetického poľa v cievke predstavovala jej význam. Prvý komerčne dostupný americký počítač, UNIVAC-I, bol známy tým, že ukladal údaje pomocou konverzie elektrických impulzov na zvukové vlny pomocou kvapalnej ortuti. Táto pamäť nemala náhodný prístup - nemohli ste získať žiadne údaje, ktoré ste chceli, ale iba v poradí, v akom boli uložené. A to sa považovalo za špičkovú technológiu.
„Bolo to umelecké dielo,“vysvetlil Chris Garcia, kurátor Múzea počítačovej histórie. „V tom čase vyskúšali všetko, čo mohli, a dúfali, že niektoré z nich budú fungovať.“V tom čase boli také riešenia lepšie ako všetky predchádzajúce riešenia. Počítače dnes uchovávajú pamäť na mikročipoch vyrobených zo špeciálneho materiálu nazývaného polovodiče, čo bolo možné nielen vďaka vedeckému pokroku, ale aj vďaka procesom, vďaka ktorým bolo ukladanie kremíka oveľa lacnejšie ako ukladanie z malých magnetických cievok.
Ako bude vyzerať kvantová pamäť? S najväčšou pravdepodobnosťou to tak, ako si to Lloyd a jeho kolegovia predstavovali. Na minuloročnej konferencii fyzici žartovali, že oblasť kvantového počítania sa môže dobre zmeniť na iný analóg kalov tekutej ortuti. Určite budeme mať nové technologické a matematické pokroky, ktoré optimalizujú počítače a ich metódy ukladania informácií.
Lloyd s tým súhlasil. "Bol by som rád, keby niekto rozšíril náš nápad," povedal. „Keby sme dokázali preložiť bežné informácie do kvantového stavu, v krátkodobom horizonte by to bola úžasná aplikácia kvantových počítačov.“Koniec koncov, počítače sú viac ako len o ich schopnosti vykonávať ozdobné algoritmy. Umožňujú, aby sa tieto algoritmy použili na spracovanie a usporiadanie údajov na vytvorenie niečoho užitočného.
A možno jedného dňa skutočne použijeme kvantové Google.
Ryan F. Mandelbaum