Aastal 2012 pakkus füüsik Seth Lloyd kuumas basseinis istudes kvantne internetirakendust Google'i loojatele Sergey Brinile ja Larry Page'ile. Ta nimetas seda Quoogle'iks: otsimootoriks, mis kasutab matemaatikat, mis põhineb aatomiaatomite osakeste füüsikal ja näitab tulemusi, tundmata päringuid ise. Selline hüpe eeldaks täiesti uut tüüpi mälu - nn QAMM ehk kvant-juhusliku juurdepääsuga mälu.
Ehkki idee huvitas Brini ja Page-i, loobusid nad sellest, rääkis Lloyd "Gizmodole". Tema sõnul tuletasid nad talle meelde, et nende ärimudel põhineb teadmisel kõigist kõik.
Kuid KOSU kui idee ei surnud. Kaasaegsed arvutid mäletavad teavet miljardites bittides, kahendarvud on võrdsed kas nulliga või ühega. RAM ehk muutmälu salvestab lühikese aja jooksul teavet ränilaastudele, määrates iga teabe kindlale aadressile, millele pääseb juurde juhuslikult ja suvalises järjekorras, et sellele teabele hiljem viidata. See muudab arvuti palju kiiremaks, võimaldades teie sülearvutil või mobiiltelefonil viivitamatult pääseda RAM-i salvestatud andmetele, mida rakendused sageli kasutavad, selle asemel, et otsida seda salvestusruumist, mis on palju aeglasem. Kuid millalgi tulevikus võivad arvutiprotsessoreid asendada või täiendada kvantarvutiprotsessorid - masinad, mis on võimelised manustama hiiglaslikke andmebaase.masinõpe ja tehisintellekt. Kvantarvutid on küll alles tekkiv tehnoloogia, kuid kui nad kunagi suudavad neid potentsiaalselt tulusaid algoritme käivitada, vajavad nad RAM-ile pääsemiseks täiesti uut viisi. Nad vajavad KEHA.
"KRAM võib olla suurepärane rakendus, mis muudab Google'i ja IBMi kvantiseadmed koheselt kasulikuks," rääkis Lloyd Gizmodole.
Klassikalised arvutid nagu ThinkPad, Iphone ja võimsaimad superarvutid teevad kõik oma toimingud, tõlkides andmed ühte või mitmesse bittide, nullide ja nende kombinatsiooni. Bitid interakteeruvad üksteisega, saades lõpuks uue nullide ja nende kombinatsiooni. Kvantarvutid annavad lõpptulemuse ka nende ja nullide kujul. Kuid kui loendamine edeneb, suhtlevad nende kvantbitid ehk kvbitid üksteisega uuel viisil samade füüsikaseaduste kaudu, mis juhivad elektrone. Selle asemel, et olla lihtsalt null või üks, võib iga qubit olla loendamisel mõlemat, kasutades matemaatilist võrrandit, mis krüpteerib nulli või ühe saamise tõenäosuse ainult siis, kui proovite selle väärtust. Mitmed vbitid kasutavad keerulisemaid võrrandeid,mis viitavad qubit-väärtustele kui üksikutele matemaatilistele objektidele. Tulemuseks on üks või mitu võimalikku binaarset stringi, mille lõppväärtuse määravad võrrandite tõenäosused.
See veider matemaatiline lähenemisviis - vuttivõimud jäävad võrranditeks, kuni te neid arvutate, ja siis näevad need jälle bittidena välja, kuid nende väärtused võivad sisaldada ka juhuslikkuse elementi - võimaldab teil lahendada arvutite jaoks tavaliselt keerulisi probleeme. Üheks selliseks väljakutseks on suurte arvude lagundamine algarveteks, mis lõhub suures koguses krüptitud andmete salvestamiseks kasutatavaid algoritme - areng, mis võib küberturvalisuse jaoks olla "katastroofiline". See võib olla ka uus viis suurte andmekogumite, näiteks masinõppes kasutatavate (nt täiustatud näotuvastussüsteemid), töötlemiseks.
Kvantarvutid pole ikka veel paremad kui tavalised arvutid. IBM annab teadlastele ja ettevõtjatele juurdepääsu töötavale 20-bbitisele protsessorile ja Rigetti 19-bitisele protsessorile, samas kui traditsioonilised superarvutid suudavad simuleerida kvantvõimsusi kuni 50 kvbitti. Sellele vaatamata teatas füüsik John Preskil hiljuti, et tehnoloogia on jõudmas uude ajastusse, kus kvantarvutid on peagi kasulikud enam kui meelelahutuslike füüsikakatsete jaoks. USA valitsus võtab kvanttehnoloogiaid tõsiselt, kuna need on küberturvalisuse seisukohast olulised, ning paljud füüsikud ja programmeerijad otsivad neile uusi nišše.
Paljud loodajad loodavad leida kvantarvutitele rakendusi ka tehisintellekti arendamisel ja masinõppel kvantalgoritme kasutades. Sellised algoritmid on keerukad ja hõlmavad märkimisväärset hulka teavet, nõudes seega RAM-i jaoks kvant-alternatiivi: qRAM.
Reklaamvideo:
Kvantmälu ei ole miljardeid bitte, mis on salvestatud mitmesse kbitti. Selle asemel on kvantarvutid viis rakendada oma kvantoperatsioone masinõppe probleemides leiduvate suurte andmete loendite korral. Lõppkokkuvõttes koosneb tavaline RAM andmetest, mida programmid peavad käivitama, ja programmid pääsevad sellele juurde, täpsustades bittide aadressi - samamoodi saate lahtrite summa numbrite iga kord sisestamise asemel tippides (A2 + B2). käsitsi. Kvantalgoritmid peavad kvanttasandil juurde pääsema tavalisele juhusliku juurdepääsuga mälule - kõige primitiivsemas mõttes loovad nad superpositsiooni, milles lahter on korraga nii A2 kui ka B2 ja alles siis, pärast arvutuse lõpuleviimist, kuvatakse kas A2 või B2 väärtus. Mälu kui sellise kohta pole midagi kvantlikku - kvant on viis, kuidas sellele juurde pääseda ja seda kasutada.
Põhimõtteliselt, kui teil on palju salvestatud andmeid - nagu näiteks vestlusprogrammide treenimiseks mõeldud andmebaasides -, siis võib olemas olla kvantalgoritm, mis suudab teha midagi enamat kui tavaline arvuti, kui on vaja otsida andmeid või teateid millegi olulise kohta. … See võib olla väga tulus nii finantssektorile kui ka sellistele ettevõtetele nagu Google ja loomulikult nõuab see kvantmälu.
Lloydi ja tema meeskonna kümme aastat tagasi kirjutatud artikkel QRAM-ist kirjeldas ühte viisi, kuidas pääseda ainult neile superpositsiooniks vajalikele mäludele mõeldud aadressidele, kasutades midagi, mida nad nimetasid "kvanttulekahjuks". Põhimõtteliselt, kuna RAM-i iga aadress on vaid bittide jada, võib seda pidada hargnevaks puuks, kus iga qubit on osuti, mis käsib arvutil pöörata vasakule või paremale. See töötab ka tavapärastes arvutites, kuid ainult kahe valikuga kvantarvuti takerdub paratamatult igal teel täiendavaid teid pidi, viies lõpuks uskumatult suure ja habras kvantseisundini, mis võib kergesti laguneda mittekvantkeskkonnas. Lloyd ja tema kolleegid pakkusid välja puu struktuuri,kus iga haru hoitakse automaatselt ooterežiimis, võimaldades arvutil liikuda ainult paremal või vasakul harul (küljel), et pääseda juurde soovitud mälule ilma asjatut teavet segamata. Erinevus on oma olemuselt üsna tehniline, kuid selle eesmärk on masinaõppes sellist laadi probleemi lahendamiseks vajaliku võimsuse märkimisväärset vähendamist.
"Enamik uurimistöös kasutatavaid algoritme nõuab mingisugust kvantmälu," kommenteeris Kanada Waterloo ülikooli teadlane Michelle Mosca Gizmodo jaoks kvantmälu. "Kõik, mis vähendab rakendatud kvantmälu kulusid, võib dramaatiliselt vähendada ka aega enne igapäevaste kvantarvutite tulekut."
Kuid me oleme kvantprogrammeerimise arendamisel alles väga-väga varajases staadiumis. Täna tundub, kuidas vanad arvutid teavet mäletavad, peaaegu naeruväärne. RAM koosnes juhtmetega ühendatud magnetilistest aasadest, kus iga silmus vastas ühele bitile ja mähises oleva magnetvälja orientatsioon tähistas selle tähendust. Esimene kaubanduslikult saadav ameerika arvuti UNIVAC-I oli teada andmete salvestamiseks, muutes elektrilised impulsid vedela elavhõbeda abil helilaineteks. Sellel mälul ei olnud juhuslikku juurdepääsu - te ei saanud igal ajal soovitud andmeid, vaid ainult nende säilitamise järjekorras. Ja seda peeti tipptasemel tehnoloogiaks.
“See oli kunstiteos,” selgitas arvutiajaloomuuseumi kuraator Chris Garcia. "Sel ajal proovisid nad kõike, mida suutsid, ja lootsid, et osa sellest töötab." Sel ajal olid sellised lahendused kõigist varasematest paremad. Tänapäeval salvestavad arvutid mälu mikrokiipidele, mis on valmistatud spetsiaalsest materjalist - pooljuhtidest -, mis sai võimalikuks mitte ainult tänu teaduse edusammudele, vaid ka tänu protsessidele, mis muutsid räni ladustamise palju odavamaks kui pisikestest magnetiliste mähistega mäluseadmed.
Kuidas kvantmälu välja näeb? Tõenäoliselt mitte nii, nagu Lloyd ja kolleegid seda ette kujutasid. Eelmise aasta konverentsil naljatasid füüsikud, et kvantarvutuste valdkond võib pöörduda mõne muu vedela elavhõbedavaagi analoogi poole. Kindlasti on meil uusi tehnoloogilisi ja matemaatilisi edusamme, mis optimeerivad arvuteid ja nende teabe salvestamise meetodeid.
Lloyd nõustus sellega. "Mulle meeldiks, kui keegi meie ideed levitaks," ütles ta. "Kui me suudaksime tavalise teabe kvant olekusse tõlkida, oleks see kvantarvutite lühiajaline hämmastav rakendus." Lõppude lõpuks on arvutid midagi enamat kui lihtsalt nende võimekus väljamõeldud algoritme täita. Need võimaldavad neid algoritme kasutada andmete töötlemiseks ja korraldamiseks, et luua midagi kasulikku.
Ja võib-olla hakkame kunagi kunagi kasutama kvant-Google'i.
Ryan F. Mandelbaum
