Спустя примерно 55 лет действия закона Мура, названного в честь соучредителя Intel Гордона Мура, процессоры достигли своих пределов, а доминирующие архитектурные методы достигли своих пределов с точки зрения энергоэффективности. К счастью, квантовые вычисления появились в то время, когда закон Мура истекает, рассказал в эксклюзивном интервью LaComparacion Middle East Исмаил Ахалвайя, исследователь африканской исследовательской лаборатории IBM. «Закон Мура направлен на удвоение количества транзисторов на кристалле каждые два года, и эта тенденция уже закончилась. Однако с квантовыми битами это совершенно новый тип вычислительного режима, и это не просто закон Мура», — сказал он.
Что такое квантовый бит или кубит?
В типичном компьютере данные могут обрабатываться в исключительном двоичном состоянии в любое время, либо 0 (отключено), либо 1 (включено), но в квантовых вычислениях они могут работать в двунаправленном режиме, что может означать суперпозицию 0 и 1 через квантовый бит или кубит. Кубиты могут находиться в нескольких основных состояниях одновременно, это известно как квантовая суперпозиция. Следовательно, хотя один кубит может находиться в суперпозиции двух состояний, десять кубитов, используя запутанность, могут находиться в суперпозиции 1024 состояний. Это явление приводит к экспоненциальному росту возможных состояний, которые можно представить относительно количества кубитов.Удвоение квантового объема
Ахалвайя сказал, что IBM была в авангарде выполнения закона Мура, пока могла, но миру необходимо увеличение вычислительной мощности. «С нашими квантовыми компьютерами мы удваиваем квантовый объем каждый год в течение трех лет. Задача состоит в том, чтобы уменьшить шум (влияние окружающей среды). Каждый раз, когда мы добавляем дополнительный кубит, мы удваиваем мощность, но мы также увеличиваем шум. " он сказал. Ахалвая ясно дал понять, что существует два закона. По данным Google, закон известен как Закон Невена, названный в честь Хартмута Невена, директора Лаборатории квантового искусственного интеллекта, и гласит, что мощность квантовых вычислений должна расти с двойной экспоненциальной скоростью по сравнению с классическими вычислениями. По данным IBM, его название — закон Гамбетты, названный в честь его коллеги Джея Гамбетты, который утверждает: «Похоже, что мы находимся на пути к удвоению квантового объема каждый год, и если мы продолжим, мы должны получить квантовое преимущество в 2020-х годах». недавно развернула самый большой облачный квантовый компьютер с 53 кубитами, и он доступен более чем 80 клиентам Q Network, включая Wells Fargo, который присоединился к нему на прошлой неделе. «Мы добились устойчивого прогресса, и одним из лучших показателей успеха является то, что мы называем квантовым объемом». Это хорошая мера, показывающая не только увеличение количества кубитов, но и то, что качество кубитов также увеличивается. Мы удвоили квантовый объем», — сказал он. В квантовом объеме важны не только кубиты, добавил он, добавив, что важно также то, как шум проникает в кубиты. Поэтому в квантовом компьютере, по его словам, шум — это проникновение. и уничтожает кубиты. «Таким образом, квантовый объем — это наибольшее количество кубитов, умноженное на максимальное время, которое может пройти до появления шума. В настоящее время у нас есть квантовый объем, равный 16. Но у квантовой механики есть странное свойство: «Она пытается уменьшить влияние окружающей среды». бит.» В квантовом случае среда вмешивается в деликатное состояние и утечку информации, а это означает, что влияние среды проникает и стирает информацию.Окно возможностей
«Всякий раз, когда у вас есть хорошая возможность, вы можете расширить ее, исправив ошибки. Мы работаем в этом направлении. Коммерческое внедрение квантовых компьютеров идет полным ходом, но для массового внедрения потребуется еще 5-10 лет. А пока мы работаем пытаемся обнаружить новые варианты использования, и мы все еще работаем в условиях шума», — сказал Ахалвая. Например, он рассказал, что одному клиенту потребовалось семь лет, чтобы интегрировать графический процессор на свое рабочее место. Итак, вы можете себе представить, сколько времени потребуется для интеграции квантовых вычислений. Квантовые вычисления имеют множество преимуществ. Он сказал, добавив, что многие виды расчетов, особенно в мире химии, значительно ускорились. «Мы можем улучшить химическое моделирование, чтобы определить уровень энергии, скорости реакций и дизайнерские молекулы. Эффект должен быть аналогичен тому, как материаловедение уже изменило наш мир», — сказал он. «Когда вы стимулируете химическую реакцию или уровни химической энергии, это не так точно на обычном компьютере или суперкомпьютере. Числа в химии неверны, потому что химия включает в себя квантовую механику», — сказал он. То, как электроны движутся внутри атомов и молекул, объединяется, представляет собой квантовомеханический процесс, а квантовая механика состоит из нескольких этапов.Окно расчета расширения
По словам Ахалвая, в химической реакции один дополнительный электрон может удвоить количество возможных конфигураций молекулы. С возможностью дублирования химической реакции невозможно справиться с помощью обычного компьютера. Ахалвая сказал: «Нам понадобятся миллионы шумных кубитов». Чтобы расширить окно вычислений, мы можем «взять шумные кубиты и использовать их для представления чистого кубита, который может существовать бесконечно. Нам нужно 1,000 шумных кубитов, чтобы построить чистый кубит. Итак, чтобы получить тысячи чистых кубитов, нам нужны миллионы шумных кубитов. кубиты, но это возможно», — сказал он. «Из классического опыта мы знаем, что в старом автомобиле необходимо заменять каждую деталь, но какое-то время еще можно ездить на машине». Когда возникает проблема, вы меняете только эту часть», — сказал он. Точно так же с помощью квантового компьютера «мы можем создавать кубиты, которые могут рассчитывать более длинные периоды из миллисекундных фрагментов, что стало возможным благодаря технологиям, математике и хорошему пониманию физики. «Не имеет смысла строить квантовый компьютер с 1,000 шумящими кубитами, — сказал он. — Это нужно делать, одновременно уменьшая шум. Эти кубиты основаны на кремниевой подложке, и эта подложка интерферирует с кубитами, а кубиты интерферируют с соседними. «Нет смысла увеличивать количество кубитов, пока мы постепенно не снизим уровень шума, но мы надеемся удвоить квантовый объем, чистоту кубитов и их количество таким же образом, как удвоил Мур», — сказал он. IBM имеет в распоряжении своих клиентов 14 квантовых компьютеров. Ахалвая сказал, что миссия заключалась в том, чтобы каждый год увеличивать квантовый объем и привлекать больше компаний и университетов для получения новых вариантов использования. «Мы верим в гибридную модель квантовых и классических вычислений на ближайшие несколько десятилетий. Нам нужны обычные компьютеры для загрузки информации в квантовые компьютеры. Это будет похоже на графический процессор в классическом компьютере. Мы используем графический процессор только тогда, когда он нам нужен. Мы будем использовать квантовые компьютеры только тогда, когда они нам нужны, например, графический процессор. Это не означает, что квантовые компьютеры заменят обычные компьютеры», — сказал он.