V roce 2012 fyzik Seth Lloyd v horkém bazénu navrhl tvůrcům společnosti Google, Sergey Brin a Larry Page, kvantovou internetovou aplikaci. Nazval to Quoogle: vyhledávač, který používá matematiku založenou na fyzice subatomových částic a ukazuje výsledky, aniž by znal samotné dotazy. Takový skok by vyžadoval zcela nový typ paměti - tzv. QAMM nebo kvantovou paměť s náhodným přístupem.
Přestože tento nápad zaujal Brina a Page, opustili ho, Lloyd řekl „Gizmodo“. Podle něj mu připomněli, že jejich obchodní model je založen na znalosti všeho o všem.
Ale KOSU jako nápad nezemřel. Moderní počítače si dobře pamatují informace v miliardách bitů, binární číslice rovné nule nebo jedné. RAM nebo paměť s libovolným přístupem ukládá informace na silikonové čipy na krátkou dobu, přičemž každé části informace přiřazuje konkrétní adresu, ke které lze přistupovat náhodně a v jakémkoli pořadí, aby se na tyto informace později mohlo odkazovat. Díky tomu je počítač mnohem rychlejší a umožňuje přenosnému počítači nebo mobilnímu telefonu okamžitě se dostat k datům uloženým v paměti RAM, často používaným aplikacemi, namísto hledání v úložišti, což je mnohem pomalejší. Ale někdy v budoucnosti mohou být počítačové procesory nahrazeny nebo rozšířeny kvantovými počítačovými procesory, stroji schopnými vkládat obří databáze.strojové učení a umělá inteligence. Kvantové počítače jsou stále rodící se technologií, ale pokud budou někdy schopny tyto potenciálně lukrativní algoritmy provádět, budou potřebovat zcela nový způsob přístupu k paměti RAM. Budou potřebovat BODY.
"KRAM může být skvělá aplikace, díky které jsou kvantová zařízení od Googlu a IBM okamžitě užitečná," řekl Lloyd Gizmodo.
Klasické počítače jako ThinkPad, Iphone a nejvýkonnější superpočítače dělají všechny své operace převáděním dat do jedné nebo více kombinací bitů, nul a jedniček. Bity vzájemně interagují a nakonec vytvářejí další kombinaci nul a jedniček. Kvantové počítače také produkují konečný výsledek ve formě těch a nul. Ale jak postupuje počítání, jejich kvantové bity nebo qubity spolu komunikují novým způsobem, prostřednictvím stejných fyzikálních zákonů, kterými se řídí elektrony. Spíše než být nulou nebo jedním může být každý qubit při počítání obojí, a to pomocí matematické rovnice, která šifruje pravděpodobnost získání nuly nebo jednu pouze při testování její hodnoty. Několik qubits používá složitější rovnice,které označují hodnoty qubit jako jednotlivé matematické objekty. Výsledkem je jeden nebo více možných binárních řetězců, jejichž konečná hodnota je určena pravděpodobnostmi v rovnicích.
Tento podivný matematický přístup - qubity jsou rovnice, dokud je nevypočítáte, a pak vypadají znovu jako bity, ale jejich hodnoty mohou zahrnovat prvek náhodnosti - umožňuje řešit problémy, které jsou pro počítače tradičně obtížné. Jednou z takových výzev je rozklad velkých čísel na prvočísla, která rozbije algoritmy používané k ukládání velkého množství šifrovaných dat - vývoj, který může být „kystrofický“pro kybernetickou bezpečnost. Může také sloužit jako nový způsob zpracování velkých datových souborů, jako jsou například ty, které se používají ve strojovém učení (například v pokročilých systémech rozpoznávání obličeje).
Kvantové počítače stále nejsou o nic lepší než běžné počítače. IBM poskytuje vědcům a podnikatelům přístup k funkčnímu 20bitovému procesoru a Rigetti k 19bitovému procesoru, zatímco tradiční superpočítače mohou simulovat kvantové síly až 50 qubits. Navzdory tomu fyzik John Preskil nedávno oznámil, že technologie vstupuje do nové éry, v níž budou kvantové počítače brzy užitečné pro více než zábavné fyzikální experimenty. Americká vláda bere kvantovou technologii vážně, protože je důležitá pro kybernetickou bezpečnost, a mnoho fyziků a programátorů pro ně hledá nové mezery.
Mnoho vědců také doufá, že najdou aplikace pro kvantové počítače ve vývoji umělé inteligence a strojovém učení pomocí kvantových algoritmů. Takové algoritmy jsou složité a zahrnují značné množství informací, takže vyžadují kvantovou alternativu k RAM: qRAM.
Propagační video:
Kvantová RAM není miliarda bitů uložených ve více qubits. Místo toho je to způsob, jak kvantové počítače aplikovat své kvantové operace na velké seznamy dat nalezených v problémech strojového učení. Nakonec se paměť s náhodným přístupem skládá z dat potřebných ke spuštění programů a programy k ní přistupují zadáním adresy bitů - stejným způsobem můžete získat součet buněk zadáním (A2 + B2) místo zadávání čísel. ručně. Kvantové algoritmy budou muset přistupovat k běžné paměti s náhodným přístupem na kvantové úrovni - v nejprimitivnějším smyslu vytvářejí superpozici, ve které je buňka současně A2 i B2, a až poté, co je výpočet dokončen, zobrazí hodnotu A2 nebo B2. O paměti jako takové není nic kvantového - kvantum je způsob, jakým k němu přistupujete a jak jej používáte.
Ve skutečnosti, pokud máte spoustu uložených dat - například v databázích pro školení chatbotů -, může existovat kvantový algoritmus, který dokáže více než běžný počítač, pokud jde o vyhledávání v datech nebo o zprávě něčeho důležitého. … To může být velmi lukrativní jak pro finanční průmysl, tak pro společnosti, jako je Google, a samozřejmě to bude vyžadovat kvantovou RAM.
Článek o QRAM, který před deseti lety napsal Lloyd a jeho tým, popisuje jeden způsob, jak přistupovat pouze k těm adresám v paměti, které jsou potřebné pro superpozici, pomocí něčeho, co nazývají „kvantový požární řetězec“. V podstatě, protože každá adresa v RAM je jen posloupnost bitů, lze ji považovat za větvící se strom, ve kterém je každý qubit ukazatelem, který počítači říká, aby se otočil doleva nebo doprava. To funguje také v konvenčních počítačích, ale kvantový počítač s pouze dvěma možnostmi nevyhnutelně zamotá další cesty na každém kroku, což nakonec povede k neuvěřitelně velkému a křehkému kvantovému stavu, který se může snadno rozpadnout v nekvantovém prostředí. Lloyd a jeho kolegové navrhli stromovou strukturu,ve kterém je každá větev automaticky držena v pohotovostním režimu, což umožňuje počítači pohybovat se pouze po pravé nebo levé větvi (na straně) a získat přístup k požadované paměti bez zapletení nepotřebných informací. Rozdíl je v podstatě technický, ale je navržen tak, aby významně snížil sílu potřebnou k vyřešení tohoto druhu problému ve strojovém učení.
"Většina algoritmů používaných ve výzkumu vyžaduje určitý druh kvantové paměti," řekla Michelle Mosca, vědkyně z University of Waterloo v Kanadě, která také zkoumala kvantovou paměť, pro Gizmodo. "Cokoli, co snižuje náklady na aplikovanou kvantovou RAM, může také dramaticky snížit čas před příchodem každodenních kvantových počítačů."
Ale stále jsme ve velmi, velmi rané fázi vývoje kvantového programování. Dnes se zdá, že způsob, jakým si staré počítače pamatují informace, je téměř směšný. RAM sestávala z magnetických smyček spojených dráty, kde každá smyčka odpovídala jednom bitu a orientace magnetického pole v cívce představovala jeho význam. První komerčně dostupný americký počítač, UNIVAC-I, byl známý ukládáním dat převáděním elektrických impulsů na zvukové vlny pomocí kapalné rtuti. Tato paměť neměla náhodný přístup - nemohli jste získat žádná požadovaná data kdykoli, ale pouze v pořadí, v jakém byla uložena. A to bylo považováno za špičkovou technologii.
"Bylo to umělecké dílo," vysvětlil Chris Garcia, kurátor Muzea historie počítačů. "V té době vyzkoušeli všechno, co mohli, a doufali, že něco z toho bude fungovat." V té době byla taková řešení lepší než všechna předchozí. Počítače dnes ukládají paměť na mikročipy vyrobené ze speciálního materiálu zvaného polovodiče, což bylo možné nejen díky vědeckému pokroku, ale také díky procesům, díky nimž bylo ukládání křemíku mnohem levnější než ukládání malých magnetických cívek.
Jak bude vypadat kvantová paměť? S největší pravděpodobností to Lloyd a jeho kolegové nepředstavovali. Na loňské konferenci fyzici žertovali, že se pole kvantového zpracování může obrátit k jinému analogu zásob kapalné rtuti. Určitě budeme mít nové technologické a matematické pokroky, které optimalizují počítače a jejich způsoby ukládání informací.
Lloyd s tím souhlasil. "Rád bych viděl někoho rozšířit náš nápad," řekl. "Kdybychom dokázali převést běžné informace do kvantového stavu, byla by to v krátkodobém horizontu úžasná aplikace kvantových počítačů." Koneckonců, počítače jsou více než jen o jejich schopnosti provádět ozdobné algoritmy. Umožňují, aby tyto algoritmy byly použity ke zpracování a organizaci dat k vytvoření něčeho užitečného.
A možná jednoho dne opravdu použijeme kvantové Google.
Ryan F. Mandelbaum