Hat das Alter der Quanten-computing angekommen?

Es ist eine knifflige Konzept mit dem Potenzial, die Welt und kanadischen Technologieunternehmen, das zu ändern, dass D-Wave behauptet, der Code geknackt haben

Seit Charles Babbages konzeptionelle, unrealisierte Analytical Engine in den 1830er Jahren, Informatik sehr hart versucht hat, seiner Zeit voraus Rennen. Besonders in den letzten 75 Jahren gab es viele erstaunliche Entwicklungen – die erste elektronische programmierbare Computer, der erste integrierte Schaltkreis-Computer, der erste Mikroprozessor. Aber die nächste erwartete Schritt der revolutionärsten aller sein kann.

Quanten-computing ist die Technologie, die viele Wissenschaftler, Unternehmer und große Unternehmen erwarten, bieten, Brunnen, Quantensprung in die Zukunft. Wenn Sie noch nie davon gehört, ist ein hilfreiches video macht die social-Media-Runde, die ein paar Millionen Hits auf YouTube hat. Freuen Sie sich auf den kanadischen Premierminister, Justin Trudeau, Detaillierung genau was Quanten-computing bedeutet.

Trudeau war auf einem kürzlichen Besuch in den Perimeter Institute for Theoretical Physics in Waterloo, Ontario, einer der weltweit führenden Zentren für das Studium des Feldes. Bei einer Pressekonferenz erklärt es fragte ein Reporter ihn, halb im Scherz, Quanten-computing zu erklären.

Die Quantenmechanik ist ein konzeptionell eingängig Gebiet der Wissenschaft, die einige der besten Köpfe – wie Albert Einstein sagte "Gott nicht Würfel mit dem Universum spielt" – verblüfft hat, so ist es nicht etwas Sie erwarten, Politiker halten her zu hören. Werfen Sie es in den Kontext des Rechnens und sagen Sie wir einfach, dass Sie leicht Zac Goldsmith Experte auf Bollywood Aussehen machen könnte. Aber Trudeau stellten sich der Herausforderung und gab viele Wissenschaft Beobachter Gedanke war ein Paradebeispiel dafür wie man eine komplexe Idee auf einfache Weise zu erklären.

"Tausend-Qubit-Computer kann in 2 bis 1.000 Staaten zu einer Zeit, die 10 300. hoch ist," sagt D-Wave CEO, Vern Brownell. "Es gibt nur 10 bis 80. Atome im Universum. Nun bedeutet dies, dass es in 10 bis 300. Universen gleichzeitig ist?"

Können Milliarden von verschiedenen Universen in einem Computer koexistieren? Das ist eine Frage, die wahrscheinlich am besten nicht mit vor Mitternacht und ohne die Hilfe von illegalen Stimulanzien auseinandergesetzt ist. Und in gewisser Weise die Antwort spielt keine Rolle. Die sofortige und relevante Frage ist unabhängig davon, ob diese Quanten-Computer funktioniert.

Im Moment befindet sich Quanten-computing noch in einer weitgehend theoretischen oder spekulativen Bereich. Das Potenzial ist enorm, mit einer Rechenleistung oft die Reihenfolge der der weltweit bestehenden klassischen Computer zusammen. Aber das Potenzial ist teuflisch schwierig.

Deshalb ist D-Wave 2 X Computer über 15 Mio. $ kostet und nur eine Handvoll Organisationen haben bisher einen gekauft. Immer noch, wie diese Organisationen Google, Lockheed Martin und Nasa zählen und D-Wave-Investoren Amazons Jeff Bezos und die CIA Hi-Tech-Arm sind, In-Q-Tel, ist es klar, dass einige der weltweit am meisten nach vorne-Suche Institutionen glauben, dass der Computer eine Zukunft hat.

In den Bereichen künstliche Intelligenz und Kryptographie hat es vermutet, dass Quantencomputer verwandeln die Landschaft, vielleicht bringt den Durchbruch, die Maschinen zu "denken" mit der Nuance und interpretatorischen Fähigkeiten des Menschen ermöglichen.

Brownell früher Chef der Technik bei Goldman Sachs. In diesem Job gab es einige Tech-Entwicklungen, die er nicht bei ihm aufgeschlagen haben. Er glaubt, dass zwar Erfolge der sozialen Medien wie Facebook clever Nutzungen der bestehenden Technologie, dadurch, dass Silicon Valley ständig profitable Variationen des gleichen Themas jagen ist, dass es nicht mehr, wirklich harte geistige Arbeit tut. "Das Niveau der Innovation ist viel, viel weniger als wir historisch und wahrscheinlich auf einem historischen Tiefstand im Hinblick auf die reale Welt verändernden Innovationen gesehen."

D-Wave, sagt er, Böcke mutig diesen Trend. Aber das ist nicht, wie er denken gewöhnt. Als er zum ersten Mal über D-Wave vor sieben Jahren das Unternehmen hatte schon seit neun Jahren und in einigen informierten Kreisen war ein bisschen eine Lachnummer. Seine erste Reaktion, wenn das Unternehmen an ihn herangetreten war tiefe Skepsis.

"Es am Anfang glaube ich nicht,", sagt er, "zumal mit Experten, die sagen, dass es Snake Oil war gab es diese Blog-Kommentare. "Ich war nicht wirklich interessiert."

Seine Einstellung änderte sich, als er herauskam und traf sich das Team. D-Wave wurde von Geordie Rose, ein 44-j hrige Physik PhD mitgegründet, die Zweifel an Wissenschaft, Unternehmertum einen Kurs teilgenommen. Er war ungeduldig mit der Forschungsansatz von Laborexperimenten sehr teuer aber stark eingeschränkt.

Rose es neuartige Idee war, einen funktionierende Quantencomputer mit wirtschaftliche Attraktivität zu bauen. Aber das ist, wo die Wissenschaft beginnt, dazu führen, dass Menschen ihre Haare herausziehen. Experimentelle Quanten-Computern, die in Labors zusammengestellt hatte folgte das universelle Tor Modell, in dem Qubits für Transistoren, ohne nennenswerten Erfolg ersetzt.

Rose wählte stattdessen einen "adiabatische" Quanten-Computer zu entwickeln, die durch einen Prozess der sogenannten "Quanten-Glühen" oder "Tunnelbau" funktioniert. Im Wesentlichen bedeutet dies, dass Sie einen Algorithmus entwickeln, der spezifischen Wechselwirkungen zwischen der Qubits nach dem Vorbild des klassischen Modells – dh zuweist, wenn dieses eine 0 ist, dass man 1 usw.. Dann schaffen Sie die Voraussetzungen für Quantum Superposition, in denen die Qubits ihre in der Nähe von unendlichen Möglichkeiten realisieren können, vor der Rückgabe an die klassischen Bundesstaat 0en und 1en. Die Idee ist, dass die Qubits den Weg des geringsten Energie in Bezug auf die algorithmischen Anforderungen, so finden die effizienteste Antwort folgen werden.

Wenn das schwer zu erklären ist, sich stellen Sie vor, wie schwierig es war, zu bauen. Und die ersten Ergebnisse waren nicht ermutigend. Niemand schien sicher zu sein, was, wenn überhaupt, ging auf eine Quanten-Ebene, aber was immer es war, war es beeindruckend nicht.

D-Wave erste Demonstration im Jahr 2007 seine 16-Qubit-Gerät, die ein Sudoku-Rätsel zu lösen, kaum die Welt in Brand gesetzt. Umesh Vazirani, Co-Autor des Papiers auf Komplexität Quantentheorie, D-Wave Ansprüche der Beschleunigung als ein Missverständnis seiner Arbeit entlassen, und schlug vor, "auch wenn es entpuppt sich als eine wahre Quantencomputer, und selbst wenn es auf Tausende von Qubits skaliert werden könnte, [es] nicht wahrscheinlich stärker als ein Handy wäre".

Danach wurde das Unternehmen regelmäßig von Hype und Übertreibung beschuldigt. Ein Teil des Problems war, dass es sehr schwer zu vereinbarten genau messen, was geschah. D-Welle kam mit einem Test zeigen, dass Verschränkung – als eine notwendige Voraussetzung für eine funktionierende Quantencomputer – stattfand.

Aber einige Experten bezweifeln die Zuverlässigkeit des Tests. Wenn D-Wave einen anderen Test, entwickelt von einem unabhängigen Wissenschaftler übergeben zufolge Skeptiker während Verschränkung passiert sein könnte, der einzige wirkliche Test Leistung war.

Im Jahr 2013 wurde die D-Wave Two in einem Test als 3.600 Mal schneller als eine klassische Computer durchführen zitiert. Aber wieder einmal wurden diese Ergebnisse von mehreren prominenten Wissenschaftlern auf dem Gebiet Preetz. Im Jahr 2014 Matthias Troyer, ein renommierter Professor für computational Physics veröffentlicht einen Bericht, der erklärte, dass er "keine Beweise des Quanten-Speedup" gefunden.

Ein langjähriger Zweifler D-Wave Ansprüche ist Scott Aaronson, Professor am MIT, der hat sich "Chef D-Wave Skeptiker" nannte. Nach Troyer Papier argumentierte er, dass obwohl Quanteneffekte wahrscheinlich in D-Wave-Geräte stattfanden, gab es keinen Grund zu glauben, dass sie eine kausale Rolle spielten oder sie schneller als eine klassische Computer waren.

Brownell ist blind für diese Kritiker behaupten, dass die "Frage weitgehend geklärt". Er zitiert Googles Vergleichstest letztes Jahr in dem seiner D-Wave-Quantencomputer bestimmte Probleme 100 m mal schneller als ein klassischer Computer gelöst.

"Andernfalls Quantencomputer" fragt Brownell: "und wie haben wir bauen etwas, das eine hundert Millionen Mal schneller als ein Intel Core? Es ist entweder zu Quanten-computing oder einem anderen Gesetz der Natur, die wir entdeckt haben, doch das ist noch spannender als die Quantenmechanik. Ich fordere alle Wissenschaftler der Welt um uns zu sagen: Wenn es keine Quanten glühen, was ist es? "

Auch Aaronson räumte ein, dass die Google-Test signifikant war. "Dies ist sicherlich der eindrucksvollste Demonstration so weit von der D-Wellenmaschine Fähigkeiten. Und doch, "fügte er hinzu:"Es bleibt völlig unklar, ob Sie bekommen können, was ich hielte wahren Quanten-Speedup mit D-Wave-Architektur."

Aber Troyer war nicht überzeugt. "Du musst das Kleingedruckte lesen,", sagte er. "Dies ist 10⁸ -mal schneller als einige bestimmte klassische Algorithmus auf Probleme so konzipiert, dass für diesen Algorithmus sehr hart, aber leicht für D-Wave... Ein Anspruch des 10⁸ Speedup ist somit sehr irreführend."

Ein Nebeneffekt dieser Forderungen und Gegenforderungen, ist wie Aaronson am meisten mit Nachdruck vorgetragen hat, dass sie uns helfen, die Quantenmechanik ein wenig besser zu verstehen. NIC Harrigan arbeitet im Zentrum für Quantum Photonics an der Universität Bristol, ein führendes Forschungsinstitut in der Quantenmechanik.

"Zwar gibt es unglaubliche Anwendungsmöglichkeiten der Quanten-computing," sagt Harrigan, "selbst wenn niemand jemals einen nützliche Quantencomputer noch wir eine ungeheure Menge lernen durch den Versuch, baut. Esel-Abdeckung klingt, aber die Quantenmechanik selbst ist eine Theorie, die so grundlegend für unser Verständnis des Universums und ist der Samen auf so viele aktuelle und künftige andere Technologien, dass alles, was wir können, um es zu verstehen besser ist riesig. Etwas unglaublich stellt sich heraus, dass ein guter Weg zu versuchen zu verstehen, was eigentlich vor sich geht in der Quantenmechanik (und gerade wie unterscheidet es sich von normalen klassischen Physik) ist zu prüfen, welche Art von Berechnungsprobleme man leichter lösen kann mit quantenmechanischen Systemen."

Bei Google waren sie vorsichtig optimistisch über D-Wave nutzen. Leiter Engineering, Hartmut Neven, skizziert die Stärken und Schwächen der Tests und räumte ein, dass gab es andere Algorithmen, die, wenn auf klassischen Computern bereitgestellt Quantum Glühen übertreffen konnte, er zukünftige Entwicklungen erwartet, Quantum Glühen zu bevorzugen. "Das Design der nächsten Generation Haubenöfen die Einbettung von Problemen von praktischer Relevanz erleichtern muss", sagte er.

Die Arten von Problemen, dass Quanten Glühen Adresse helfen könnte alle befassen sich mit Optimierung sogenannten – die effizienteste Modell in komplexen Systemen zu finden.

"Optimierung klingt wie ein wirklich langweilig Problem," sagt Brownell, "aber es ist das Herzstück von so vielen komplexen Anwendungsproblemen in jeder Disziplin. Wahrscheinlich ist eine der spannendsten in der künstliche Intelligenz-Welt. Sagen Sie, dass Sie versuchen, eine Flasche Wasser zu erkennen. Es dauert noch Computer eine enorme Menge an Zeit dafür nicht so gut wie die Menschen. Computer holen, aber Quanten-computing kann helfen, diesen Prozess zu beschleunigen."

Er zitiert Genomics, Ökonomie und Medizin als andere Bereiche, die reich mit Optimierung Probleme. Mit herkömmlichen Computern, Erstellen von komplexen Modellen – wie zum Beispiel der Monte-Carlo erfordert Simulation in der Finanzindustrie verwendet, um unterschiedliche Zinsszenarien – analysieren eine enorme Menge an Rechenleistung. Und Rechenleistung erfordert Wirkleistung.

"Sie gehen, um diese große Webeigenschaften und sie haben Rechenzentren, die neben Wasserkraftwerken montiert sind, weil sie so viel Strom verbrauchen", sagt Brownell. "sie sind der zweitgrößte Verbraucher elektrischer Energie auf dem Planeten."

D-Wave Vision, er sei für eine grüne Revolution in der Datenverarbeitung, in der jeder Zugang zu viel mehr Energie-effiziente Quantencomputer durch die Wolke haben wird. In ein paar Jahren denkt er, wir auf Quanten-computing von unseren Handys zugreifen werden.

"Ich denke, wir haben die Möglichkeit, eines der wertvollsten Technologieunternehmen in der Geschichte zu schaffen", sagt Brownell. "Ich weiß, das klingt wirklich großen, aber basierend auf der Fähigkeit, die wir gebaut haben, sind wir in der Phase der dominierende Spieler in Quantencomputer jahrzehntelang zu kommen sein."

Nun, das würde jeder anständige CEO sagen. Aber es scheint sicher, dass D-Wave sind derzeit führt das Quantum Computer Rennen. Wohin das Rennen geht, worum es geht und wie viele Universen es in stattfindet sind jedoch Fragen, die wir wahrscheinlich einen funktionierende Quantencomputer zu beantworten benötigen.