În 2012, așezat într-o piscină fierbinte, fizicianul Seth Lloyd a propus o aplicație de internet cuantă creatorilor Google, Sergey Brin și Larry Page. El a numit-o Quoogle: un motor de căutare care folosește matematica bazată pe fizica particulelor subatomice și afișează rezultate fără să știe întrebările. Un astfel de salt ar necesita un tip de memorie complet nou - așa-numita QAMM sau memoria cuantică de acces aleatoriu.
Deși ideea i-a intrigat pe Brin și Page, au abandonat-o, Lloyd i-a spus „Gizmodo”. Potrivit acestuia, ei i-au reamintit că modelul lor de afaceri se bazează pe cunoașterea tuturor despre toată lumea.
Dar KOSU, ca idee, nu a murit. Calculatoarele moderne își amintesc bine informațiile din miliarde de biți, cifre binare egale fie cu zero sau cu unul. Memoria RAM, sau memoria de acces aleatoriu, stochează informații pe o perioadă scurtă de timp pe cipurile de siliciu, atribuind fiecărei informații o adresă specifică, care poate fi accesată aleatoriu și în orice ordine pentru a face referire la informațiile respective ulterior. Acest lucru face ca computerul să fie mult mai rapid, permițând laptopului sau telefonului dvs. mobil să ajungă imediat la datele stocate în RAM, deseori utilizate de aplicații, în loc să-l caute în stocare, ceea ce este mult mai lent. Dar, cândva, în viitor, procesoarele de calculator pot fi înlocuite sau amplificate de procesoare cuantice, mașini capabile să înglobeze baze de date gigantice.învățare automată și inteligență artificială. Calculatoarele cuantice sunt încă o tehnologie națională, dar dacă sunt capabili să execute acești algoritmi potențial lucrativi, vor avea nevoie de un mod cu totul nou de accesare a memoriei RAM. Vor avea nevoie de CORP.
"KRAM poate fi o aplicație grozavă care face ca dispozitivele cuantice de la Google și IBM să fie instantaneu utile", a spus Lloyd pentru Gizmodo.
Calculatoarele clasice precum ThinkPad, Iphone și cei mai puternici supercomputere își fac toate operațiunile prin traducerea datelor într-una sau multe combinații de biți, zerouri și altele. Biturile interacționează între ele, producând în final o altă combinație de zerouri și altele. Calculatoarele cuantice produc, de asemenea, rezultatul final sub formă de cele și zerouri. Dar pe măsură ce numărătoarea, biții lor cuantici sau qubit-urile, comunică între ei într-un mod nou, prin aceleași legi ale fizicii care guvernează electronii. În loc să fie doar zero sau unul, fiecare qubit poate fi ambele la numărare, folosind o ecuație matematică care criptează probabilitatea de a obține zero sau unul doar atunci când îi testați valoarea. Câteva qubits folosesc ecuații mai complexe,care se referă la valorile qubit ca obiecte matematice unice. Rezultatul este una sau mai multe șiruri binare posibile, a căror valoare finală este determinată de probabilitățile din ecuații.
Această abordare matematică ciudată - qubit-urile rămân ecuații până când le calculezi și apoi arată din nou ca biți, dar valorile lor pot include și un element de aleatoriu - îți permite să rezolvi probleme dificil tradițional pentru computere. O astfel de provocare este descompunerea numerelor mari în numere prime, care sparg algoritmii folosiți pentru a stoca cantități mari de date criptate - o dezvoltare care poate fi „catastrofală” pentru cibersecuritate. Poate servi, de asemenea, ca o nouă modalitate de procesare a seturilor de date mari, precum cele utilizate în învățarea mașinilor (cum ar fi sistemele avansate de recunoaștere a feței).
Calculatoarele cuantice nu sunt încă mai bune decât computerele convenționale. IBM le oferă oamenilor de știință și antreprenorilor acces la un procesor de 20 de qubit funcțional, iar Rigetti la un procesor de 19 cb, în timp ce supercomputerele tradiționale pot simula puteri cuantice până la 50 de cb. În ciuda acestui fapt, fizicianul John Preskil a anunțat recent că tehnologia intră într-o nouă eră în care calculatoarele cuantice vor fi în curând utile pentru experimente fizice mai mult decât distractive. Guvernul SUA ia în serios tehnologiile cuantice datorită importanței lor pentru securitate cibernetică și mulți fizicieni și programatori caută noi nișe pentru ele.
De asemenea, mulți cercetători speră să găsească aplicații pentru calculatoarele cuantice în dezvoltarea inteligenței artificiale și a învățării automate folosind algoritmi cuantici. Astfel de algoritmi sunt complexi și implică o cantitate semnificativă de informații, necesitând astfel o alternativă cuantică la RAM: qRAM.
Video promotional:
Memoria RAM cuantică nu constituie miliarde de biți stocați pe mai mulți biti. În schimb, este o modalitate pentru calculatoarele cuantice să își aplice operațiunile cuantice pe liste mari de date găsite în problemele de învățare a mașinilor. În cele din urmă, RAM-ul obișnuit este format din date pe care programele trebuie să le ruleze, iar programele îl pot accesa specificând adresa biților - în același mod puteți obține suma de celule tastând (A2 + B2) în loc să tastați numere de fiecare dată. manual. Algoritmii cuantici vor trebui să acceseze memorie de acces aleatoriu obișnuite la nivel cuantic - în sensul cel mai primitiv, creează o superpoziție în care celula este atât A2, cât și B2 în același timp și abia atunci, după finalizarea calculului, arată valoarea fie a2 fie a B2. Nu există nimic cuantic în ceea ce privește memoria ca atare - cuantumul este modul în care îl accesați și îl utilizați.
De fapt, dacă aveți o mulțime de date stocate - cum ar fi, de exemplu, în baze de date pentru instruirea chatbots - atunci poate exista un algoritm cuantic care poate face mai mult decât un computer obișnuit când vine vorba de căutarea prin date sau un mesaj cu ceva important. … Acest lucru poate fi foarte profitabil atât pentru industria financiară, cât și pentru companii precum Google și, desigur, va necesita o memorie RAM cuantică.
Un articol despre QRAM, scris de Lloyd și echipa sa în urmă cu zece ani, a descris o modalitate de a accesa doar acele adrese din memorie necesare pentru superpoziție, folosind ceva pe care l-au numit „lanțul de foc cuantic”. Practic, având în vedere că fiecare adresă din memoria RAM este doar o secvență de biți, ea poate fi gândită ca un arbore de ramificare, în care fiecare qubit este un indicator care spune computerului să vireze la stânga sau la dreapta. Acest lucru funcționează și în computere convenționale, dar un computer cuantic cu doar două opțiuni va înlătura inevitabil căi suplimentare la fiecare rând, ducând în final la o stare cuantică incredibil de mare și fragilă, care se poate dezintegra ușor într-un mediu non-cuantic. Lloyd și colegii săi au propus o structură de copac,în care fiecare ramură este ținută automat în regim de așteptare, permițând computerului să se deplaseze doar pe ramura din dreapta sau stânga (laterală) pentru a accesa memoria dorită fără a înțelege informații inutile. Diferența este de natură destul de tehnică, dar este concepută pentru a reduce semnificativ puterea necesară pentru a rezolva acest tip de probleme în învățarea mașinii.
„Majoritatea algoritmilor folosiți în cercetare necesită un fel de memorie cuantică”, a comentat Michelle Mosca, un om de știință de la Universitatea din Waterloo din Canada, care a cercetat și memoria cuantică pentru Gizmodo. "Orice lucru care reduce costul RAM-ului cuantic aplicat poate reduce în mod dramatic timpul înainte de apariția computerelor cuantice de zi cu zi."
Dar suntem încă într-un stadiu foarte, foarte timpuriu, în dezvoltarea programării cuantice. Astăzi, modul în care calculatoarele vechi își amintesc informațiile pare aproape ridicol. Memoria RAM constă din bucle magnetice conectate prin fire, unde fiecare buclă corespundea unui bit, iar orientarea câmpului magnetic în bobină a reprezentat sensul său. Primul computer american disponibil comercial, UNIVAC-I, a fost cunoscut pentru stocarea datelor prin transformarea impulsurilor electrice în unde sonore folosind mercur lichid. Acea memorie nu avea acces la întâmplare - nu puteți obține date dorite în orice moment, ci numai în ordinea în care au fost stocate. Și a fost considerată tehnologie de ultimă oră.
„A fost o operă de artă”, a explicat Chris Garcia, curator al Muzeului de Istorie a Calculatoarelor. „În acel moment, au încercat tot ce au putut și au sperat că o parte din acesta va funcționa”. La acea vreme, astfel de soluții erau superioare tuturor celor anterioare. Astăzi calculatoarele stochează memorie pe microcipuri realizate dintr-un material special numit semiconductori, care a devenit posibil nu numai datorită progreselor științifice, ci și datorită proceselor care au făcut ca stocarea siliciului să fie mult mai ieftină decât stocarea din mici bobine magnetice.
Cum va arăta memoria cuantică? Cel mai probabil nu așa cum și-au imaginat Lloyd și colegii. La conferința de anul trecut, fizicienii au glumit că domeniul calculului cuantic se poate transforma într-un alt analog al cuvelor cu mercur lichid. Cu siguranță vom avea noi progrese tehnologice și matematice care vor optimiza calculatoarele și metodele lor de stocare a informațiilor.
Lloyd a fost de acord cu asta. „Mi-ar plăcea să văd pe cineva răspândindu-ne ideea”, a spus el. „Dacă am putea traduce informațiile obișnuite într-o stare cuantică, aceasta ar fi o aplicație uimitoare a computerelor cuantice pe termen scurt.” La urma urmei, calculatoarele sunt mai mult decât doar capacitatea lor de a executa algoritmi de lux. Acestea permit folosirea acestor algoritmi pentru procesarea și organizarea datelor pentru a crea ceva util.
Și poate într-o zi vom folosi cu adevărat Google cuantic.
Ryan F. Mandelbaum
