Uno scienziato russo svela il computer quantistico più potente del mondo. Scienziati russi hanno presentato il supercomputer più potente del mondo Il computer quantistico più potente

Nel luglio 2016, Lockheed Martin ha aumentato le prestazioni del suo Quantum Computing Center (situato presso l'Institute for Scientific Information, USA) con 1.098 qubit. La società di tecnologia aerospaziale e di sicurezza è interessata all'informatica quantistica da sei anni e mezzo. Non è sorprendente. Nei prossimi 20 anni, questa tecnologia promette di avere un grande impatto su quasi tutto ciò che è possibile, dai progetti di ricerca accademica alla sicurezza informatica virtuale.

Salto Quantico

Lockheed Martin dimostra che i vantaggi dell'informatica quantistica possono essere realizzati ora, anche se non sono ancora stati creati computer quantistici veramente completamente funzionanti.

Il primo sistema quantistico che Lockheed Martin ha acquistato da D-Wave Systems è stato il computer Rainier a 128 qubit noto anche come D-Wave One. Successivamente, il sistema è stato sostituito da un computer Vesuvius con 512 qubit a bordo, che, a sua volta, è stato recentemente sostituito da un sistema D-Wave 2X ancora più avanzato con supporto per 1152 qubit.

“Questo è un computer disponibile in commercio. Puoi davvero comprartene uno se vuoi. Ma in realtà è più un sistema sperimentale progettato per lo sviluppo e la ricerca scientifica ", afferma Greg Tallant, capo del Center for Quantum Computing di Lockheed Martin.

"Non è un sistema pronto per il mercato di massa, ma se vuoi puoi acquistarlo e usarlo più o meno allo stesso modo in cui usi i computer convenzionali".

Capirai un po' più tardi perché la parola "quasi" è così cruciale qui.

Prima dell'acquisto effettivo, i rappresentanti di Lockheed Martin hanno visitato più volte la sede di D-Wave a Vancouver. Il sistema, secondo gli esperti, si è rivelato "promettente", e quindi si è deciso di acquistare un computer. Il passo successivo è stato quello di firmare un accordo di cooperazione con la University of Southern California. Uno dei risultati della cooperazione è stata la costruzione del Center for Quantum Computing.

L'accordo firmato consente alla University of Southern California di utilizzare il sistema per le sue ricerche e condurre test informatici. Lockheed Martin, a sua volta, può utilizzare queste informazioni per studiare il potenziale utilizzo delle tecnologie di calcolo quantistico in vari campi.

La principale area di applicazione di un tale sistema quantistico era inizialmente considerata la verifica e la conferma delle prestazioni di altri ready-made prodotti software... Tuttavia, si è deciso di ampliare la gamma delle aree di interesse. La nuova area più importante nell'elenco degli interessi è forse l'apprendimento automatico, ma il sistema è anche visto come un potente strumento di pianificazione e previsione.

"Con l'aumentare del numero di sfide che un singolo ipotetico problema crescente deve affrontare, aumenta anche il numero di opzioni che devono essere prese in considerazione per affrontare tale sfida", spiega Tallant.

"Un esempio di tale problema può essere considerato sul classico" problema del commesso viaggiatore "nella direzione dell'ottimizzazione combinatoria".

Il compito del venditore ambulante è trovare il percorso più redditizio che passa attraverso le città specificate almeno una volta, quindi tornare alla città originale. Questo problema può essere risolto con l'aiuto dei computer attuali, ma l'hardware quantistico ha il potenziale per aumentare significativamente la velocità dei calcoli, soprattutto se il numero di queste città nel problema continua a crescere.

Computer D-Wave

Tallant e il suo team non hanno ancora avuto la possibilità di dimostrare i vantaggi del loro sistema D-Wave rispetto ai computer classici nella risoluzione di questo problema, ma è già stato fatto un passo avanti. Com'è la scommessa sui futuri progressi tecnologici realizzati con l'aiuto del computer quantistico più potente fino ad oggi con 1152 qubit a bordo, che la società ha acquisito nel luglio di quest'anno.

Il più potente?

"C'è una certa particolarità qui", dice Tallant.

“L'attuale chip utilizzato nel sistema ha 1152 qubit. Tuttavia, quando raccogli sistemi simili, quindi è necessario eseguire il processo di calibrazione. Come parte di questo processo, alcuni qubit potrebbero non superare il controllo e, pertanto, non potranno essere utilizzati in processi computazionali in futuro."

In altre parole, hai comprato, diciamo, uno smartphone da 32 gigabyte memoria interna... Lo avvii per la prima volta e scopri che in realtà tutti i 32 gigabyte di memoria promessi non sono disponibili per te. Sono, ovviamente, nel dispositivo, ma ciò che è sotto la copertura e la quantità di memoria effettivamente disponibile sono cose in qualche modo diverse.

"Il nostro processore da 1.152 qubit ha 1.098 qubit disponibili dopo la calibrazione", afferma Tallant.

“L'importanza del numero di qubit disponibili è interamente correlata alla complessità dei sottoproblemi che devono essere risolti per trovare la risposta alla domanda principale. Ad esempio, se hai solo 512 qubit, la complessità del problema che il sistema può gestire è limitata in modo più efficace dal numero di quei qubit. In questo caso particolare, stiamo parlando di un'attività che può avere 512 variabili. In pratica, questo numero sarà di un ordine di grandezza inferiore, circa 200 variabili".

Nel maggio di quest'anno, IBM ha annunciato con orgoglio che darà accesso ad accademici e appassionati al suo computer quantistico a 5 qubit tramite la piattaforma web IBM Experience. Perché la fanfara di IBM quando D-Wave apparentemente vende già computer quantistici con più qubit del numero di qubit nel sistema IBM? La risposta è semplice: il computer quantistico di Lockheed Martin (più precisamente D-Wave Systems) non è esattamente quantistico.

Conflitto quantistico quantistico

Il cuore dei sistemi IBM e Lockheed Martin sono infatti i qubit superconduttori, promettenti vettori di informazioni quantistiche primordiali che i ricercatori sperano di poter costruire un giorno un vero computer quantistico universale. La parola "un giorno" è fondamentale qui, poiché un computer del genere non è ancora stato creato.

Il sistema IBM non può essere considerato un computer quantistico "universale", perché la macchina non è in grado di svolgere i compiti che i computer classici possono svolgere. È la funzione per eseguire tutte le attività che caratterizzeranno un computer quantistico universale.

Nemmeno il sistema D-Wave di Lockheed Martin si adatta a questa definizione. In realtà, si tratta più di un'installazione di ricottura quantistica (normalizzazione), piuttosto che di un computer quantistico a tutti gli effetti. Il sistema è in grado di gestire solo un numero limitato di attività.

Processore D-Wave

“D-Wave non è un computer scopo generale... È in grado di risolvere determinati problemi in base agli algoritmi del modello Ising", afferma Tallant, descrivendo il computer come un "sistema per soluzioni ottimizzate" a problemi come il calcolo dell'uso più efficiente delle risorse (tempo e carburante, ad esempio) in presenza di vari scenari problematici. ...

“In questo senso, possiamo solo parlare di ricottura quantistica. Entriamo nella macchina problemi di cui conosciamo le risposte. Successivamente, carichiamo le attività in esso, le cui risposte dovranno essere trovate. Quindi proveremo a combinare le informazioni di entrambe le attività. Alla fine, sulla base delle soluzioni candidate, saremo in grado di ottenere una risposta al nostro compito".

“In un certo senso, questo metodo ti consente di applicare un metodo a te noto per risolvere un problema, anche se il vero metodo per risolvere questo problema ti è inizialmente sconosciuto. In altre parole, ottieni la risposta al problema, anche se non sai come risolverlo".

Funziona - e va bene

Sopra questo momento Rispetto ad altri sistemi simili, D-Wave vanta il maggior numero di qubit disponibili per il funzionamento. Tuttavia, è troppo presto per rallegrarsi, perché non siamo di fronte a un sistema quantistico universale a tutti gli effetti, che è stato sognato per così tanto tempo non solo da persone impegnate nella creazione di computer quantistici, ma anche da scienziati che davvero desidera lavorare su tali computer.

“Questo non è sicuramente un computer quantistico universale. È un normalizzatore ", afferma Tallant.

“Il computer D-Wave non è universale. Finora, la scienza moderna non consente ancora di creare tutti i componenti necessari per costruire un sistema quantistico universale. Noi stessi saremmo lieti di averlo a nostra disposizione”.

Lockheed Martin dimostra che i vantaggi dell'informatica quantistica possono essere realizzati ora, anche se non sono ancora stati creati computer quantistici veramente completamente funzionanti.

“Questo è un computer disponibile in commercio. Puoi davvero comprartene uno se vuoi. Ma in realtà è più un sistema sperimentale progettato per lo sviluppo e la ricerca scientifica ", afferma Greg Tallant, capo del Center for Quantum Computing di Lockheed Martin.

"Non è un sistema pronto per il mercato di massa, ma se vuoi puoi acquistarlo e usarlo più o meno allo stesso modo in cui usi i computer convenzionali".

Capirai un po' più tardi perché la parola "quasi" è così cruciale qui.

La principale area di applicazione di un tale sistema quantistico era inizialmente considerata la verifica e la conferma delle prestazioni di altri prodotti software standard. Tuttavia, si è deciso di ampliare la gamma delle aree di interesse. La nuova area più importante nell'elenco degli interessi è forse l'apprendimento automatico, ma il sistema è anche visto come un potente strumento di pianificazione e previsione.

"Con l'aumentare del numero di sfide che un singolo ipotetico problema crescente deve affrontare, aumenta anche il numero di opzioni che devono essere prese in considerazione per affrontare tale sfida", spiega Tallant.

"Un esempio di tale problema può essere considerato sul classico" problema del commesso viaggiatore "nella direzione dell'ottimizzazione combinatoria".

Computer D-Wave

Il più potente?

"C'è una certa particolarità qui", dice Tallant.

“L'attuale chip utilizzato nel sistema ha 1152 qubit. Tuttavia, quando si assemblano tali sistemi, è necessario eseguire un processo di calibrazione. Come parte di questo processo, alcuni qubit potrebbero non superare il controllo e, pertanto, non potranno essere utilizzati in processi computazionali in futuro."

In altre parole, hai comprato, diciamo, uno smartphone con 32 gigabyte di memoria interna. Lo avvii per la prima volta e scopri che in effetti tutti i 32 gigabyte di memoria promessi non sono disponibili per te. Sono, ovviamente, nel dispositivo, ma ciò che è sotto la copertura e la quantità di memoria effettivamente disponibile sono cose leggermente diverse.

"Il nostro processore da 1.152 qubit ha 1.098 qubit disponibili dopo la calibrazione", afferma Tallant.

“L'importanza del numero di qubit disponibili è interamente correlata alla complessità dei sottoproblemi che devono essere risolti per trovare la risposta alla domanda principale. Ad esempio, se hai solo 512 qubit, la complessità del problema che il sistema può gestire è limitata in modo più efficace dal numero di quei qubit. In questo caso particolare, stiamo parlando di un'attività che può avere 512 variabili. In pratica, questo numero sarà di un ordine di grandezza inferiore, circa 200 variabili".

Conflitto quantistico quantistico

Processore D-Wave

“Il sistema D-Wave non è un computer generico. È in grado di risolvere determinati problemi in base agli algoritmi del modello Ising", afferma Tallant, descrivendo il computer come un "sistema per soluzioni ottimizzate" a problemi come il calcolo dell'uso più efficiente delle risorse (tempo e carburante, ad esempio) in presenza di vari scenari problematici. ...

“In questo senso, possiamo solo parlare di ricottura quantistica. Entriamo nella macchina problemi di cui conosciamo le risposte. Successivamente, carichiamo le attività in esso, le cui risposte dovranno essere trovate. Quindi proveremo a combinare le informazioni di entrambe le attività. Alla fine, sulla base delle soluzioni candidate, saremo in grado di ottenere una risposta al nostro compito".

“In un certo senso, questo metodo ti consente di applicare un metodo a te noto per risolvere un problema, anche se il vero metodo per risolvere questo problema ti è inizialmente sconosciuto. In altre parole, ottieni la risposta al problema, anche se non sai come risolverlo".

Funziona - e va bene

Al momento, rispetto ad altri sistemi simili, D-Wave vanta la presenza del maggior numero di qubit disponibili per il funzionamento. Tuttavia, è troppo presto per rallegrarsi, perché non siamo di fronte a un sistema quantistico universale a tutti gli effetti, che è stato sognato per così tanto tempo non solo da persone impegnate nella creazione di computer quantistici, ma anche da scienziati che davvero desidera lavorare su tali computer.

“Questo non è sicuramente un computer quantistico universale. È un normalizzatore ", afferma Tallant.

“Il computer D-Wave non è universale. Finora, la scienza moderna non consente ancora di creare tutti i componenti necessari per costruire un sistema quantistico universale. Noi stessi saremmo lieti di averlo a nostra disposizione”.

Una scoperta che può cambiare la vita dell'uomo. E nessuno sa quanto. A Mosca, la comunità scientifica ha annunciato il computer quantistico più potente del mondo. È milioni di volte più veloce del classico sistemi operativi... La nostra leadership in questo settore è già stata riconosciuta dai concorrenti esteri.

Ieri sembrava una fantasia: computer quantistici in grado di superare tutti i dispositivi esistenti. Sono così potenti che possono aprire nuovi orizzonti per l'umanità o far crollare tutti i sistemi di sicurezza, perché possono hackerarli.

"Un computer quantistico funziona, è molto più terribile di una bomba atomica", afferma Sergei Belousov, CEO di Acronis, cofondatore del Russian Quantum Center.

Le più grandi corporation stanno investendo nello sviluppo: Google, IBM, Microsoft, Alibaba. Ma oggi il focus è su Mikhail Lukin, fisico di Harvard e uno dei fondatori del Russian Quantum Center. Il suo team è riuscito a creare il computer quantistico più potente fino ad oggi.

“Questo è uno dei più grandi sistemi quantistici mai creati. Stiamo entrando in un regime in cui i computer già classici non possono far fronte ai calcoli. Stiamo già facendo piccole scoperte, abbiamo visto nuovi effetti che non ci si aspettava teoricamente, che ora possiamo, stiamo cercando di capire, non li comprendiamo nemmeno completamente ", afferma Mikhail Lukin, professore all'Università di Harvard, co-fondatore del Centro Quantistico Russo.

Tutto - a causa della potenza di tali dispositivi. I calcoli, che sul supercomputer di oggi impiegheranno migliaia di anni, possono essere eseguiti da uno quantistico in un istante.

Come funziona? Nei computer ordinari, le informazioni e il calcolo sono bit. Ogni bit è zero o uno. Ma i computer quantistici sono basati su qubit e possono trovarsi in uno stato di sovrapposizione, in cui ogni qubit è sia zero che uno allo stesso tempo. E se per qualche calcolo computer ordinariè necessario, grosso modo, costruire sequenze, quindi i calcoli quantistici avvengono in parallelo, in un istante. Ci sono 51 di questi qubit nel computer di Mikhail Lukin.

“In primo luogo, ha creato un sistema con il maggior numero di qubit. Nel caso in cui. A questo punto, penso che siano più del doppio dei qubit di chiunque altro. E ha creato 51 qubit apposta, non 49, perché Google continuava a dire che ne avrebbe fatti 49 ", spiega Sergey Belousov, CEO di Acronis, co-fondatore del Russian Quantum Center.

Per lui era prevista la creazione del computer quantistico più potente. John Martinez è il capo del più grande laboratorio quantistico del mondo presso Google. E aveva in programma di finire il suo computer da 49 qubit solo in pochi mesi.

"22 qubit è il massimo che potevamo fare, abbiamo usato tutta la nostra magia e professionalità", dice.

Martinez e Lukin si sono esibiti sullo stesso palco - a Mosca, alla Quarta Conferenza Internazionale sui Quanti. Tuttavia, gli scienziati non si considerano rivali.

“E' sbagliato pensarla come una gara. Abbiamo una vera gara con la natura. Perché è davvero difficile costruire un computer quantistico. Ed è semplicemente affascinante che qualcuno sia stato in grado di creare un sistema con così tanti qubit ", afferma John Martinez, capo del Quantum Artificial Intelligence Lab di Google.

Ma a cosa ci servono i computer quantistici? Anche i loro stessi creatori non lo sanno con certezza. Con il loro aiuto, possono essere sviluppati materiali completamente nuovi, centinaia di scoperte in fisica e chimica. I computer quantistici sono forse l'unica cosa che può svelare il mistero del cervello umano e dell'intelligenza artificiale.

“Quando viene fatta una scoperta scientifica, i suoi creatori non si rendono conto del pieno potere che porterà. Quando è stato inventato il transistor, nessuno immaginava che i computer sarebbero stati costruiti su questo transistor ", afferma Ruslan Yunusov, direttore del Russian Quantum Center.

Uno dei primi computer è stato creato negli anni '40 del XX secolo e pesava 27 tonnellate. Se si confronta con i dispositivi moderni, uno smartphone normale in termini di potenza è come 20.000 di queste macchine. E questo è più di 70 anni di progresso. Ma se arriva l'era dei computer quantistici, i nostri discendenti si chiederanno già come utilizzare questi oggetti d'antiquariato.

Gli scienziati russi hanno presentato uno sviluppo che, secondo loro, dovrebbe cambiare radicalmente la vita dell'umanità. Le più grandi società tecnologiche del mondo stanno sviluppando computer quantistici che possono funzionare milioni di volte più velocemente dei moderni sistemi operativi. Ma hanno già riconosciuto la vittoria dei loro colleghi.

"Un computer quantistico funziona, è molto più terribile di una bomba atomica", afferma Sergei Belousov, CEO di Acronis, cofondatore del Russian Quantum Center.

Tutto - a causa della potenza di tali dispositivi. I calcoli, che sul supercomputer di oggi impiegheranno migliaia di anni, possono essere eseguiti da uno quantistico in un istante.

Come funziona? Nei computer ordinari, le informazioni e il calcolo sono bit. Ogni bit è zero o uno. Ma i computer quantistici sono basati su qubit e possono trovarsi in uno stato di sovrapposizione, in cui ogni qubit è sia zero che uno allo stesso tempo. E se per qualsiasi calcolo i normali computer hanno bisogno, grosso modo, di costruire sequenze, allora i calcoli quantistici avvengono in parallelo, in un istante. Ci sono 51 di questi qubit nel computer di Mikhail Lukin.

"22 qubit è il massimo che potevamo fare, abbiamo usato tutta la nostra magia e professionalità", dice.

Martinez e Lukin si sono esibiti sullo stesso palco - a Mosca, alla Quarta Conferenza Internazionale sui Quanti. Tuttavia, gli scienziati non si considerano rivali.

"Un computer quantistico funziona, è molto più terribile di una bomba atomica", afferma Sergei Belousov, CEO di Acronis, cofondatore del Russian Quantum Center.

Tutto - a causa della potenza di tali dispositivi. I calcoli, che sul supercomputer di oggi impiegheranno migliaia di anni, possono essere eseguiti da uno quantistico in un istante.

Come funziona? Nei computer ordinari, le informazioni e il calcolo sono bit. Ogni bit è zero o uno. Ma i computer quantistici sono basati su qubit e possono trovarsi in uno stato di sovrapposizione, in cui ogni qubit è sia zero che uno allo stesso tempo. E se per qualsiasi calcolo i normali computer hanno bisogno, grosso modo, di costruire sequenze, allora i calcoli quantistici avvengono in parallelo, in un istante. Ci sono 51 di questi qubit nel computer di Mikhail Lukin.

"22 qubit è il massimo che potevamo fare, abbiamo usato tutta la nostra magia e professionalità", dice.

Martinez e Lukin si sono esibiti sullo stesso palco - a Mosca, alla Quarta Conferenza Internazionale sui Quanti. Tuttavia, gli scienziati non si considerano rivali.