Godine 2012., sjedeći u vrućem bazenu, fizičar Seth Lloyd predložio je kvantnu internetsku aplikaciju Googleovim tvorcima, Sergeju Brinu i Larryju Pageu. Nazvao ga je Quoogle: tražilicom koja koristi matematiku zasnovanu na fizici subatomskih čestica i prikazuje rezultate bez poznavanja samih upita. Takav bi skok zahtijevao potpuno novu vrstu memorije - takozvanu QAMM ili kvantnu memoriju sa slučajnim pristupom.
Iako je ideja zaintrigirala Brin i Page, odustali su od toga, rekao je Lloyd za "Gizmodo". Prema njegovim riječima, podsjetili su ga da se njihov poslovni model temelji na tome da znaju sve o svima.
Ali KOSU, kao ideja, nije umro. Moderna računala dobro pamte podatke u milijardama bita, binarnih znamenki jednakih nuli ili jedan. RAM-ova ili memorija sa slučajnim pristupom pohranjuju informacije na kraće vrijeme na silikonske čipove dodijelivši svakom pojedinom podatku određenu adresu, kojoj se može nasumično pristupiti i bilo kojim redoslijedom da bi se kasnije mogli pozvati na te podatke. To računalo čini znatno bržim, omogućavajući vašem prijenosnom računalu ili mobilnom telefonu da odmah dođu do podataka pohranjenih u RAM-u, koje često koriste aplikacije, umjesto da ih traže u pohrani, što je puno sporije. Ali negdje u budućnosti računalne procesore mogu zamijeniti ili nadograditi kvantni računalni procesori, strojevi sposobni ugraditi ogromne baze podataka.strojno učenje i umjetna inteligencija. Kvantna računala i dalje su tek početna tehnologija, ali ako ikad budu u mogućnosti pokrenuti ove potencijalno unosne algoritme, trebat će im potpuno novi način pristupa RAM-u. Trebat će im TIJELO.
"KRAM može biti sjajna aplikacija koja kvantne uređaje od Googlea i IBM-a čini trenutno korisnima", rekao je Lloyd za Gizmodo.
Klasična računala poput ThinkPad, Iphone i najmoćnijih superračunala obavljaju sve svoje operacije prevodeći podatke u jednu ili više kombinacija bita, nula i onih. Bitovi djeluju jedni s drugima, što u konačnici stvara novu kombinaciju nula i one. Kvantna računala također daju krajnji rezultat u obliku jedinica i nula. No kako vrijeme brojanja nastavlja, njihovi kvantni bitovi ili kubiti međusobno komuniciraju na novi način, kroz iste zakone fizike koji upravljaju elektronima. Umjesto da bude jednak nuli ili jedan, svaki qubit može biti oboje pri brojanju, koristeći matematičku jednadžbu koja šifrira vjerojatnost dobivanja nule ili jedan samo kad testirate njegovu vrijednost. Nekoliko kubita koristi složenije jednadžbe,koje se odnose na vrijednosti kvita kao pojedinačne matematičke objekte. Rezultat je jedan ili više mogućih binarnih nizova, čija je konačna vrijednost određena vjerojatnostima u jednadžbama.
Ovaj neobični matematički pristup - kiti ostaju jednadžbe dok ih ne izračunate, a zatim opet izgledaju kao bitovi, ali njihove vrijednosti mogu uključivati i element slučajnosti - omogućava vam rješavanje problema koji su tradicionalno teški za računala. Jedan od takvih izazova je dekompozicija velikog broja u jednostavne brojeve, koja razbija algoritme koji se koriste za pohranjivanje velike količine šifriranih podataka - razvoj koji može biti „katastrofalan“za cyber-sigurnost. Može poslužiti i kao novi način za obradu velikih skupova podataka, poput onih koji se koriste u strojnom učenju (poput naprednih sustava prepoznavanja lica).
Kvantna računala i dalje nisu ništa bolja od klasičnih računala. IBM znanstvenicima i poduzetnicima omogućuje pristup 20-kbitnom procesoru, a Rigetti 19-kbitnom procesoru, dok tradicionalna superračunala mogu simulirati kvantne snage do 50 kbita. Unatoč tome, fizičar John Preskil nedavno je objavio da tehnologija ulazi u novu eru u kojoj će kvantna računala uskoro biti korisna za više od zabavnih eksperimenata iz fizike. Američka vlada kvantne tehnologije shvaća ozbiljno zbog njihove važnosti za cyber-sigurnost, a mnogi fizičari i programeri traže nove niše za njih.
Mnogi se istraživači također nadaju da će naći aplikacije za kvantna računala u razvoju umjetne inteligencije i strojnog učenja koristeći kvantne algoritme. Takvi su algoritmi složeni i uključuju značajnu količinu informacija, te je za to potrebna kvantna alternativa RAM-u: qRAM.
Promotivni video:
Kvantna RAM memorija nije milijarda bita pohranjenih u više qubita. Umjesto toga, kvantna računala mogu primijeniti svoje kvantne operacije na velikim popisima podataka koji se nalaze u problemima strojnog učenja. Konačno, regularna memorija sa slučajnim pristupom sastoji se od podataka potrebnih za pokretanje programa, a programi joj pristupaju specificiranjem adrese bitova - na isti način možete dobiti zbroj stanica upisivanjem (A2 + B2) umjesto da svaki put upišete brojeve. ručno. Kvantni algoritmi morat će pristupiti običnoj memoriji s slučajnim pristupom na kvantnoj razini - u najprimitivnijem smislu stvaraju superpoziciju u kojoj je ćelija istovremeno i A2 i B2, a tek tada, nakon što je izračun dovršen, prikazuje vrijednost ili A2 ili B2. Nema ničega kvantnog u pamćenju kao takvom - kvant je način na koji mu pristupate i koristite ga.
Zapravo, ako imate puno pohranjenih podataka - kao, na primjer, u bazama podataka za obuku chatbotova - možda postoji kvantni algoritam koji može učiniti više od običnog računala kada je u pitanju pretraživanje podataka ili poruka nečega važnog. … Ovo može biti vrlo unosno i za financijsku industriju i za kompanije poput Googlea, a naravno zahtijevat će kvantni RAM.
Članak o QRAM-u, koji su napisali Lloyd i njegov tim prije deset godina, opisao je jedan način pristupa samo onim adresama u memoriji potrebnim za superpoziciju, koristeći nešto što su nazivali "kvantni vatreni lanac". U osnovi, budući da je svaka adresa u RAM-u samo niz bitova, može se zamisliti kao stablo razgrananja, u kojem je svaki qubit pokazivač koji računalu nalaže da skrene lijevo ili desno. To funkcionira i u konvencionalnim računalima, ali kvantno računalo sa samo dva izbora neizbježno će zaplesti dodatne staze na svakom koraku, što u konačnici dovodi do nevjerojatno velikog i krhkog kvantnog stanja koje se lako može raspasti u nekvantanskom okruženju. Lloyd i njegovi kolege predložili su strukturu drveta,u kojem se svaka grana automatski drži u stanju pripravnosti, omogućujući računalu da se kreće samo desnom ili lijevom granom (sa strane) kako bi pristupio željenoj memoriji, bez unošenja nepotrebnih podataka. Razlika je poprilično tehničke prirode, ali dizajnirana je tako da značajno smanji snagu potrebnu za rješavanje ove vrste problema u strojnom učenju.
"Većina algoritama koji se koriste u istraživanju zahtijevaju neku vrstu kvantne memorije", komentirala je Michelle Mosca, znanstvenica na Sveučilištu Waterloo u Kanadi koja je također istraživala kvantnu memoriju, za Gizmodo. "Sve što smanjuje troškove primijenjenog kvantnog RAM-a također može drastično smanjiti vrijeme prije pojave svakodnevnih kvantnih računala."
Ali još uvijek smo u vrlo, vrlo ranoj fazi razvoja kvantnog programiranja. Danas način na koji se stara računala sjećaju informacija izgleda gotovo smiješno. RAM se sastojao od magnetskih petlji povezanih žicama, gdje je svaka petlja odgovarala po jedan bit, a orijentacija magnetskog polja u zavojnici predstavljala je njegovo značenje. Prvo komercijalno dostupno američko računalo, UNIVAC-I, bilo je poznato po pohrani podataka pretvaranjem električnih impulsa u zvučne valove pomoću tekuće žive. Ta memorija nije imala slučajni pristup - niste mogli dobiti nijedan željeni podatak ni u jednom trenutku, već samo redoslijedom kojim su pohranjeni. I to se smatralo vrhunskom tehnologijom.
"Bilo je to umjetničko djelo", objasnio je Chris Garcia, kustos Muzeja povijesti računala. "U to su vrijeme pokušali sve što su mogli i nadali su se da će nešto uspjeti." U to su vrijeme takva rješenja bila bolja od svih prethodnih. Danas računala pohranjuju memoriju na mikročipove izrađene od posebnog materijala nazvanog poluvodiči, što je postalo moguće ne samo zahvaljujući napretku znanosti, već i zahvaljujući postupcima koji su skladištenje silicija učinili mnogo jeftinijim od skladištenja iz sitnih magnetskih zavojnica.
Kako će izgledati kvantna memorija? Najvjerojatnije ne na način na koji su to zamislili Lloyd i kolege. Na prošlogodišnjoj konferenciji fizičari su se našalili da se polje kvantnog računanja možda može okrenuti još jednom analogu šalicama tekuće žive. Sigurno ćemo imati nove tehnološke i matematičke napretke koji će optimizirati računala i njihove metode pohrane podataka.
Lloyd se s tim složio. "Volio bih vidjeti da netko širi našu ideju", rekao je. "Kad bismo obične podatke mogli prevesti u kvantno stanje, ovo bi bila nevjerojatna primjena kvantnih računala u kratkom roku." Naposljetku, računala su otprilike više nego samo njihova sposobnost izvršavanja fantastičnih algoritama. Omogućuju da se ovi algoritmi koriste za obradu i organiziranje podataka za stvaranje nečeg korisnog.
A možda ćemo jednog dana stvarno upotrijebiti kvantni Google.
Ryan F. Mandelbaum