Как квантовые компьютеры изменят мир

Когда в 1946 году был создан первый в мире цифровой компьютер, который открыл миру огромные возможности. Ранние компьютеры использовались только для ограниченных числа задач, потому что их можно было запрограммировать только через использование машинного кода.

Все изменилось, когда Джон Бэкус создал первый язык программирования FORTRAN в IBM в 1957 году. Впервые проблемы реального мира можно было быстро и эффективно преобразовать в машинный язык, что сделало их гораздо более практичными и полезными. В 1960-х годах рынок компьютеров “взлетел”. Как и в ранних цифровых компьютерах, квантовые вычисления позволяют использовать технологию в миллионы раз более мощную, чем существующие системы, но ключом к успеху будет перевод реальных текущих проблем на “квантовый” язык. В D-Wave, который уже выпускает коммерческую версию (квантовых компьютеров — прим. перев.) , этот процесс уже ведется, и он демонстрирует огромный потенциал.

Проглатывание сложности

Одна из самых сложных проблем в математике известна, как “Задача коммивояжёра”, которая предлагает найти кратчайший маршрут между списком городов. Это звучит довольно просто и, в некотором смысле это так, но с точки зрения вычислений задача огромна. Традиционно инженеры использовали наиболее рациональные подходы, такие как метод Монте-Карло или генетические алгоритмы для его решения.

“Задача коммивояжёра” широко распространена. Практически в любое время, когда вы хотите сделать сложный процесс более эффективным, вам нужно сделать такой вид комбинаторной оптимизации. Логистические компании должны решать свою версию этой задачи каждый раз, когда они планируют маршрут. Производители полупроводников сталкиваются с подобными проблемами при разработке и производстве чипов.

D-Wave начала работать с инвестиционными менеджерами по смежной проблеме проектирования (инвестиционных — прим. перев.) портфелей. Чтобы генерировать максимальную прибыль для данного профиля риска, менеджер фонда должен не только выбирать среди тысяч доступных ценных бумаг, но и минимизировать транзакционные издержки, достигнув оптимального портфеля при минимальном количестве сделок.

В каждом случае квантовые системы D-Wave позволяют нам “проглотить” сложность целиком, а не использовать рациональные подходы, снижающие эффективность. Джереми Хилтон, старший вице-президент в D-Wave говорит: «Сложные процессы буквально окружают нас. Используя квантовые вычисления для более эффективного управления ими, мы можем сделать практически все, что мы делаем, без особых проблем».

Новая эра в медицинской науке

Когда в 2003 году был завершен проект «Геном человека», была открыта новая эра медицины. Вместо того, чтобы относиться к каждому пациенту одинаково, теперь мы могли бы разработать методы лечения в соответствии с конкретным генетическим особенностями (каждого пациента — прим. перев.). Это особенно эффективно при целенаправленной терапии рака.

Хотя это основные достижения, наши новообретенные знания также выявили и наши ограничения. Расшифровка секретов ДНК выявило, насколько мало мы знаем о белках, которые она кодирует, так же, как ранние успехи с целевыми терапиями показали нам, насколько большего мы можем добиться, работая с полными геномами, а не только изолированными маркерами в наших хромосомах.

К сожалению, обычные компьютеры недостаточно эффективны для выполнения этих задач, но есть ранние признаки того, что квантовые компьютеры могут закрыть этот пробел. Ученые из Гарварда обнаружили, что квантовые компьютеры позволят нам картировать белки так же, как и гены. D-Wave также сформировала партнерство с DNA-SEQ, чтобы использовать свои квантовые компьютеры в исследовании целых геномов, чтобы создать более эффективные методы лечения.

Картирование генома человека было триумфом как технологий, так и биологии. Более мощные компьютеры, которые позволили нам анализировать ДНК человека в массовом масштабе. Однако, если мы хотим продвинуться ещё дальше, то помощь квантовых систем, скорее всего, станет большим подспорьем в поисках ответа.

Нехорошо называть свою маму дурой

Обратим наш взгляд на интернет. Мы можем найти веселые списки автокоррекция текста фальсифицирует текст. Например, меняет текст “I don’t” (“я не” в переводе на русский — прим. перев) на “idiot”, которую вы можете случайно отправить вашей маме. Это ошибки вводят в смущение, но обычно они не вызывают у нас особых проблем. Однако в других случаях, таких как выявление террориста из толпы через распознавание лиц, цена ошибки гораздо выше.

Эти проблемы возникают из-за того, как разрабатываются и обучаются алгоритмы машинного обучения. Как и наши мозги, они обрабатывают различные аспекты опыта, такие как цвета и формы, и объединяют их в более крупные понятия, такие как человеческое лицо, тип прически или стиль подписи популярного художника.

Однако для того, чтобы этот процесс работал хорошо, более элементарные аспекты должны быть правильно идентифицированы или они передадут плохую информацию на более высокие уровни системы. Из-за ограниченной емкости обычных компьютеров данные теряются в процессе обучения, и вещи не распознаются правильно, что приводит к неоправданный ругани в адрес вашей мамы и необнаружения террористов.

И здесь квантовые вычисления могут помочь заполнить пробел. D-Wave работает с рядом партнеров, таких как NASA, чтобы помочь обучать системы искусственного интеллекта отражать процессы человеческого мышления гораздо более полно, чем это возможно с обычными компьютерами, В свою очередь это поможет свести к будущие ошибки к минимуму. Г-н Хилтон из D-Wave’s сказал мне, что квантовые компьютеры позволят нашей технологии развить нечто сродни интуиции, позволяя знать, что что-то не так, даже если нельзя точно указать, что именно.

Расширение человеческого интеллекта

В 1968 году, всего через десять лет после того, как Джон Бэккус представил миру ФОРТРАН, Дуглас Энгельбарт представил результаты своего проекта, призванного «расширить человеческий интеллект», и это оказалось настолько важным, что теперь его называют “The Mother of All Demos” (условный перевод — “Мать всех презентаций технологических новинок”. Энгельбарт продемонстрировал несколько экспериментальных технологий, которые впоследствии стали общеупотребительными, в том числе первую компьютерную мышь, интерактивный текст, гипертекст, электронную почту, технологию видеоконференции — прим. перев.). До этого момента компьютеры были, подобно квантовой технологии сегодня. То есть это были вычислительные устройства, которые уже существовали, но мало кто имел с ними дело или вообще даже видел их в глаза. Позже Xerox разработал свой компьютер Alto на основе идей Энгельбарта, идеи которого позже легли в основу запуска Macintosh в 1984 году.

Сегодня квантовые вычисления находятся где-то между приходом FORTRAN и «Матерью всех демонов» Энгельбарта. Высококвалифицированные специалисты могут переводить проблемы реального мира на язык, который может понять квантовый компьютер, но для большинства людей технология недоступна. Это изменится в ближайшие годы. Я не подразумеваю, что у всех нас будет квантовый компьютер дома, но мы, скорее всего, сможем получить к нему доступ в облаке, и он поможет нам решить проблемы, которые сегодня кажутся невыполнимыми. Хилтон из D-Wave сказал мне, что «революция в области квантовых вычислений может иметь ещё большее влияние, чем революция цифровых вычислений полвека назад, и это произойдет намного быстрее».

Автор: Грег Сател.

Больше интересных статей в источнике.