Soru-Cevap: D-Wave'den Geordie Rose

13 Şubat'ta, Burnaby, British Columbia merkezli bir girişim olan D-Wave Systems, dünyanın ilk ticari kuantum bilgisayarını gösterdiğini iddia etti.



Kuantum soğukluğu: Orion'un 16-qubit işlemcisi en üstteki resimde gösterilmektedir. Niyobyum adı verilen süper iletken bir metal kullanır. 5 millikelvine veya mutlak sıfırın 0,005 derece üstüne soğutulduğunda, niyobyum süperiletkendeki elektronlar, aynı kuantum durumunu işgal edebilen Cooper çiftleri adı verilen parçacıklar oluşturur. Orion çipini, niyobyum yarı iletkenindeki elektronların bir kuantum durumuna girdiği noktaya kadar soğutmak için bir Leiden Cryogenics seyreltme buzdolabı (alt resim) kullanılır.

toplam bilgi farkındalık programı

Şirketin kurucusu ve baş teknoloji sorumlusu Geordie Rose, Mountain View, CA'daki Bilgisayar Tarihi Müzesi'nde, Orion bilgisayarının bir veri tabanında bir proteini nasıl arayabileceğini ve en yakın eşleşmeyi nasıl bulabileceğini gösterdi. bir düğün resepsiyonu ve bir Sudoku bulmacasını çözün.





İlk olarak 1980'lerin başında fizikçiler Paul Benioff ve Richard Feynman tarafından önerilen kuantum hesaplama, kuantum mekaniğinin tuhaf belirsizliklerinden yararlanarak çalışır. Kuantum mekaniği yasalarına göre, elektron gibi bir parçacığın durumu kararsız olabilir: açık veya kapalı, dönüyor veya aşağı dönüyor olabilir.

Kuantum bir bilgisayarda, bilginin her bir kuantum biti – veya kübit – bu nedenle sabit olmayabilir, sadece bir olasılık olabilir; bu da, gizemli bir şekilde, bir kübitin aynı anda bir veya sıfır değerine sahip olabileceği anlamına gelir; bu, süperpozisyon adı verilen bir fenomendir. Böylece iki kübit, dört farklı değeri temsil edebilir (ikili gösterimde 00, 01, 10 ve 11); dört kübit, on altı değeri temsil edebilir; ve benzeri. Teoride, bir kuantum bilgisayar, klasik bir bilgisayar bin yılda çözmesi gereken sorunları bir dakikadan daha kısa sürede çözebilir.

Bugüne kadar, çoğu kuantum bilgisayarı az çok başarılı bilim deneyleri olmuştur. Hiçbiri 12 kübitten fazlasını kullanmadı ve makinelerin çözdüğü problemler önemsizdi. Kuantum bilgisayarları, kübitlerini yönetmek için hassas lazerler, vakum pompaları ve diğer egzotik makineler kullanan karmaşık, titiz makineler olmuştur.



Risk sermayesi şirketi Draper Fisher Jurvetson gibi yatırımcılardan 44 milyon dolar toplayan D-Wave, halihazırda standart bilgisayar çipleri yapmak için kullanılan teknolojilerden türetilen basit bir tasarım kullanarak pratik bir kuantum bilgisayar oluşturmayı başardığını iddia ediyor. Şirket, Orion'u, yeterince soğuduğunda bir süper iletken haline gelen niyobyum adı verilen bir metalden yapılmış bir çip etrafında inşa edilmiş 16-bitlik adyabatik bir kuantum bilgisayar olarak tanımlıyor. Bir sıvı helyum banyosunda yaklaşık -273 ºC'ye soğutulan niyobyum süper iletkenindeki elektronlar, Cooper çiftleri adı verilen ve aynı kuantum durumunu işgal edebilen parçacıklar oluşturur ve böylece Orion'un kuantum algoritmalarını hesaplamasına izin verir.

D-Wave'in CEO'su Herb Martin, bu karmaşık olmayan tasarımın Orion'un bu yıl içinde 512 kübitlik bir makineye ve 2008'in ortasına kadar 1.024 kübitlik bir bilgisayara ölçeklenmesini sağlayacağını söylüyor.

Ancak kuantum hesaplamada uzmanlaşmış bilgisayar bilimcileri, D-Wave'in gösterimine derinden şüpheyle bakıyorlar. D-Wave, iddialarını destekleyecek hiçbir kanıt sunmadı: Orion'un iç işleyişi hakkında yalnızca en kabataslak ayrıntıları yayınladı. Bilgisayar bilimcilerinin bildikleri onları etkilemez.

Ontario, Waterloo'daki Kuantum Hesaplama Enstitüsü'nde teorik bir bilgisayar bilimcisi ve çok okunan bir blogun yazarı olan Scott Aaronson Shtetl için Optimize Edilmiş , Orion'u sorunları çözmede rosto etli sandviç kadar yararlı olmakla suçlayınca hakaretlere başladı.



Aaronson bir e-postada, Geordie Rose'un ilk pratik kuantum bilgisayarı inşa ettiğine dair iddiaları hakkında şöyle yazdı: 'Pratik' derken, pratik problemleri mevcut klasik bilgisayarlardan daha hızlı çözebilmeyi kastediyorsa, bu açıkça yanlıştır. Küçük gösteri problemlerini çözmeyi kastediyorsa, bir sürü insan tarafından dövüldü. Bu yüzden, altında doğruyu söylediği herhangi bir yorum düşünemiyorum.

Aaronson'ın somurtkan tonu tipikti. Berkeley'deki California Üniversitesi'nde bilgisayar bilimi profesörü olan Umesh Vazirani, D-Wave'in cihazlarını 'pratik bir kuantum bilgisayar' olarak adlandırarak halkı yanılttığını söyledi. Kuantum hesaplamanın tüm amacı, klasik bilgisayarlar üzerinde büyük bir hızlanma elde etmektir. , D-Wave'in başaramadığı bir şey.

Bir şey gösterideki sorunları çözdü, ancak mutlaka bir kuantum bilgisayar olmayabilir. Özellikle, bilgisayar bilimcileri, Orion'un, herhangi bir kuantum hesaplamasına eşlik eden termal gürültü ve kübitlerin uyumsuzluğundan kaynaklanan hataların kreşendosunu ne kadar iyi düzelttiğini bilmiyorlar. Bir kuantum bilgisayar çalışacaksa, bu hatalar dikkatli bir şekilde yönetilmelidir. Gerçekten de, tüm bilgisayar bilimcilerine göre, Teknoloji İncelemesi Orion oldukça yavaş bir analog bilgisayar olarak işlev görebildiği için, Bilgisayar Tarihi Müzesi'nde sergilendiğinde Orion'un gerçekten kuantum işlemleri gerçekleştirmiyor olması mümkün.

D-Wave gerçekten 16 kübitlik bir kuantum bilgisayar mı uyguladı, yoksa kübitleri o kadar hızlı çözülüyor ki, aslında klasik bir algoritma uyguluyorlar mı? diye sordu Vazirani. D-Wave, birinci olasılığı ikinciye tercih edecek herhangi bir kanıt sunmadı.

En cömert kuantum bilgisayar bilim adamları, D-Wave'in ilginç bir kumar oynadığını kabul edecekler.

İş hakkında fazla bir şey bilmiyorum, ancak bir kuantum bilgisayar için teknolojik olarak uygulanabilir ilk tasarımı öneren MIT'de makine mühendisliği profesörü Seth Lloyd, D-Wave'deki mantığın aşağıdaki gibi bir şey olduğunu hayal ediyorum. Adyabatik kuantum hesaplama çalışmasına karşı olasılıkların 10'a 1 olduğunu varsayalım, bu nedenle girişimin başarısız olması muhtemeldir. Ama başarılı olursa, o zaman temizlenecekler. D-Wave'in yaptığının başarılı olması pek olası değil, ama Don Kişotça değil.

Geordie Rose'dan Orion'u eleştirmenlerine karşı savunmasını istedik.

Jason Pontin : Gerçekten de dünyanın ilk pratik kuantum bilgisayarını gösterdiniz mi?

Geordie Gül : Evet.

yaşamı destekleyebilecek dünyaya en yakın gezegen

JP : Pekala, bu çok açık. Gerçekten hataya dayanıklı, adyabatik bir bilgisayar bir kuantum bilgisayar mıdır?

GR : Evet.

JP : Bu soruyu soruyor, korkarım: Orion hataya dayanıklı mı?

GR : Evet öyle.

JP : Yok canım?

GR : Anlatmamı istersen, yapabilirim.

JP : İyi olur.

GR : Burada iki farklı kavram var. Hata toleransı, her şeyden önce, işlemcinin arızaların varlığında tasarlandığı gibi çalışmaya devam edip etmeyeceği ile ilgilidir. Demo sırasında çalıştırdığımız sistemde, çipin 56'dan 2'sinde kırık bileşen vardı ve şey bu arızaların varlığında güzelce çalıştı. Yani Orion kesinlikle hataya dayanıklıdır. Soru yok. Bunu gösterdik. Ama bence sen gerçekten uyumsuzluk hakkında soruyorsun.

JP : Ben.

filtrelemek için hangi duruma geçiyorsun

GR : Kuantum bilgisayarda gürültünün varlığı hatalara neden olabilir. Bir kuantum bilgisayarı tutarlı bir şekilde çalıştırmak istiyorsanız, kuantum bilgisayarın yapabileceği her şeyi yapabilmek için hataları aktif olarak kaldırmanız gerekir. Yaklaşımımızda, adyabatik modelde, cihazın fiziği, kapı modelleri gibi geleneksel kuantum bilgisayarlardan oldukça farklıdır. Yaklaşımımızda bir hata olması için, fizikçilerin enerji boşluğu dediği belirli bir miktarda enerji sağlamanız gerekir. Gürültünün en azından o miktarda enerjisi yoksa, kötü bir şey yapamaz. Dolayısıyla, bu miktarda enerji sağlamazsanız, sistemi gürültüden koruyan doğal bir boşluk vardır. Adyabatik kuantum bilgisayarların gürültüye karşı diğer yaklaşımlardan çok daha sağlam olduğu bilinmektedir.

JP : Gerçekten Orion'un NP-tamamlanmış sorunları çözebileceğini mi iddia ediyorsunuz? [En ünlüsü gezgin satıcı problemi olan NP-tam problemler, bir çözümün verimli bir şekilde doğrulanabileceği karmaşıklık teorisindeki en zor problemlerdir. Gerçek hayatta çok yaygındırlar, çünkü çözümleri bir dizi değişkenin her permütasyonunu dikkate almayı gerektiriyor gibi görünüyor, bu da değişken sayısı ile katlanarak artan zaman alıyor. Bilgisayar bilimcileri, NP-tamamlanmış problemlerin herhangi bir makul sürede çözülebileceğinden şüphe duyuyorlar. Rose, Orion'un iş için yeterince iyi olan yaklaşık çözümler yaratabileceğini iddia ederek tartışmalara yol açtı.]

GR : Kullanıcının gereksinimlerini karşılaması açısından yeterince iyi olan şeylere yaklaşık çözümler sağlaması anlamında çözer. Bu tür problemler iş hayatında her yerde bulunur. Türü ne olursa olsun hiçbir makinenin, en azından en kötü durumda, bu tür sorunları verimli ve tam olarak çözemeyeceğinden şüpheleniliyor. Ancak bu, çözmenin ne anlama geldiğine dair aşırı kısıtlayıcı bir tanımdır. Genel olarak, bir işletme günlük operasyonlarında bu sorunlardan birine sahipse, onu çözmek için buluşsal yöntem denen şeyi kullanır; bu, hızlı bir şekilde yaklaşık iyi çözümler veren bir dizi temel kuraldır. Makinemiz bu buluşsal yöntemler ile amaçlanan rekabete sahiptir. En kötü durumdaki sorunları tam olarak verimli bir şekilde çözebileceğimizi iddia etmiyoruz, hayır-ama biz vardır bu şeyin rekabetçi olacağını ve nihayetinde bu problem setlerini çözmede tüm geleneksel yaklaşımları aşacağını iddia etmek.

JP : Matematikçi değilim ama televizyonda oynuyorum. Bu durumlarda yaklaşık bir çözümün en iyi çözüm kadar zor olduğunu söyleyen PCP teoremi ne olacak?

GR : Yaklaşık olarak ne demek istediğine bağlı.

JP : peki söyle bana sen yaklaşık olarak demek. Geordie Rose, başka hiç kimsenin kullanmadığı özel bir anlamda yaklaşık mı kullanıyor?

GR : Yaklaşık, bilgisayar biliminde belirli bir şey anlamına gelir. Terimin iş dünyasında geleneksel olarak kullanılma şekli bu değildir. Diyelim ki henüz bir sürü şehirden geçecek bir rota seçmediniz.

JP : Gezgin satıcı sorunu?

GR : Evet, örneğin. Herhangi bir yol bir çözümdür. Herhangi bir rota aynı zamanda bir yaklaşık çözüm. Yaklaşık çözümün ne kadar iyi olduğu, bir şekilde sahip olduğunuz ile mümkün olan en iyi arasındaki farktır. Böylece, çözümler gittikçe daha iyi hale geldikçe, giderek daha az yaklaşık hale geliyorlar. Dolayısıyla, bilgisayar bilimcilerinin bu durumlarda yaklaşık olarak kastettikleri şey, yaklaşıklığın ne kadar büyük olduğu konusunda çok spesifik bir şeydir ve kesine çok yakın bir şeyi ifade etme eğilimindedirler.

JP : Bu anlamda yaklaşık olarak kullandığınızda, kelimeyi bilgisayar bilimcilerinin kullandığı gibi değil de iş adamlarının kullanacağı gibi mi kullanıyorsunuz?

GR : Bu, bugün insanların bu sorunları çözerken kullandıkları anlamla aynıdır. Bir çözüme ihtiyacınız var; elinizdeki kaynaklarla mümkün olan en iyi çözümü tercih edersiniz ve bu herhangi bir tanım gereği bir yaklaşıklık çözümüdür. Daha iyi olmasını istersiniz, ancak sorunun doğası gereği bu şeyler sizin için mevcut değildir. Dolayısıyla ürettiğimiz bu özel makine, bu tür çözümler sunan makinelerle rekabet edecek şekilde tasarlanmıştır.

JP : Scott Aaronson, Orion'un rosto etli sandviç kadar faydalı olduğunu söyledi. Açıkça bunun aşağılayıcı olduğunu hissediyorsunuz; ama klasik bir bilgisayara göre sorunları daha yavaş çözdüğü için bilgisayarınızın pek kullanışlı olmadığını kabul etmez misiniz?

GR : Demonun amacı, geleneksel sistemlere göre bire bir performans üstünlüğü göstermek değildi. Bunun amacı, bir sistem kavramı kanıtı yapmak ve daha önce hiç yapılmamış, hatta yakın bile olmayan bir kuantum bilgisayarda ticari olarak göreceli uygulamaları çalıştırmaktı. Bu, teknolojinin çok üstündedir. Dolayısıyla, sorunları çözmek için gereken gerçek süre açısından, Orion şu anki haliyle en iyi algoritmaları çalıştıran bir PC'den yaklaşık 100 kat daha yavaştır. Bir uzman olsaydınız, Web'de iyi bir algoritma tanımlayabilir, bir PC'ye 1.000 $ harcayabilir ve sistemi 100 kat yenebilirdiniz. Yani bu anlamda, Scott haklı, ancak mesele bu değil.

JP : Peki, o zaman ne anlamı var?

GR : Mesele şu ki, gösteri bugün bulunduğumuz yerden geleceğe açık bir yol gösteriyor. Bu gelecekteki makineler önemli ölçüde daha iyi olacak.

JP : Plan, 2008'de 1.024 kübitlik bir makine göstermek mi?

GR : Evet, 2008 ortasına kadar. Ama ondan önce, insanların kullanabileceği, uygulamaları programlayabilecekleri bir çevrimiçi sistemimiz olacak.

JP : Bu inanılmaz derecede hızlı görünüyor. Nasıl yapacaksın?

GR : Peki, yapılması gereken üç şey var.

Birincisi, işlemci için kullandığınız tasarımın, özellikle giriş-çıkış sistemleri için, yalnızca prensipte değil, pratikte de ölçeklenebilir olması gerektiğidir. Kuantum hesaplama mimarileri için ortaya atılan önerilerin çoğu, aslında şimdiye kadar hepsi bu anlamda ölçeklenebilir değil. Bizim durumumuzda, donanımda gerçek ölçeklenebilirliğe giden bir yol bulduğumuza inanıyoruz. Üstesinden gelinmesi gereken birincil şey, çipin içine ve dışına nasıl bilgi alacağınız sorunudur. Bu soruna bir çözüm bulduğumuzu düşünüyoruz.

dünyanın en zor masa oyunu nedir

İkincisi, onu nasıl inşa ettiğinizdir ve bu bir fabrikasyon sorunudur. Seçtiğimiz yaklaşımı seçmemizin bir nedeni, bu şeyler için temel olarak kullandığımız devrelerin standart yarı iletken prosedürleri kullanılarak tasarlanabilmesi, oluşturulabilmesi ve test edilebilmesidir. Bu nedenle, ilk etapta süreci çalıştırmak dışında herhangi bir yeni fabrikasyon teknolojisi icat etmemize gerek yok.

Muhtemelen cevaplaması en zor soru olan üçüncü şey şudur: Onu inşa edebildiğimiz ve içine ve dışına bilgi gönderebildiğimize göre, aslında bir kuantum bilgisayar olarak çalışmaya devam edecek mi? Bu, şu anda cevaplayamayacağımız bir nokta çünkü hiç kimse o seviyedeki sistemleri herhangi bir tahmin yeteneği ile modelleyemedi. Çok karmaşık. Bu ancak deneysel olarak yanıtlanabilecek bir soru. Yani felsefemiz, her ay yeni bir işlemci yapmak. Diyelim ki yılda 12 kuşağımız var, bir şey çalışmıyor gibi görünüyor; yinelemeli yeniden tasarım yoluyla düzeltebiliriz.

JP : Ticari yaklaşımınız akademininkinden nasıl farklı?

GR : Akademisyenin yaklaşımı ille de bizimkinden daha kötü değil, ama farklı. Yaklaşımımız, bir çipe mümkün olduğu kadar çok kübit atmak, gerçek problemleri çözmesini sağlamak ve ardından bu problemlerdeki performansı, neyin daha iyi neyin daha kötü olduğunu ölçmek için bir ölçü olarak kullanmaktır. Yani makinenin kapasitesini artırdığınızda, makinenin sorunları daha hızlı ve daha büyük sorunları çözme kapasitesini artırmış olursunuz. Akademik yaklaşımlarla karşılaştırıldığında, bizimki hızlı ve kirli, ancak daha az dikkatli olduğunu düşünmüyorum.

JP : 1.024 kübitlik bir kuantum bilgisayarla ne tür şeyler yapabilirim?

GR : Çok değişkenli bir probleme optimal bir çözüm gerektiren çok sayıda mevcut ticari uygulama vardır. Örneğin, çip tasarımında, donanım tasarımı doğrulaması ile ilgili sorunların çoğu bu türdendir. Ayrıca finans mühendisliğinde, yatırım bankalarının bizimle çok ilgilendikleri pek çok uygulama var: portföy optimizasyonu, risk azaltma, türevleri seçme ve fiyatlandırma gibi şeyler. Ayrıca dünyada var olan her bir çizelgeleme problemi bu problemlerden biridir. Kimin nerede çalıştığı ve kimin neye ve neden eriştiğine dair her türlü sorunun olduğu birçok insanı planlamak zorunda kalan bir havayolu şirketi veya federal hükümet kuruluşu gibi birini hayal edebilirsiniz. Bu sorunlar, günümüzde kolayca yönetilemeyen bu devasa çatışma çözme senaryolarını yaratıyor. İnsanların onları çözmek istediği uzun bir süre içinde çözmek çok zor. Bence gelecekte bu şekilde görünecek, önemli bir zamanlama, yönlendirme, planlama, uygulama olan herkes - bunların hepsi. uygulamalar online olarak sunulacak makinelerimize taşınacaktır.

saklamak

Gerçek Teknolojiler

Kategori

Kategorize Edilmemiş

Teknoloji

Biyoteknoloji

Teknoloji Politikası

İklim Değişikliği

İnsan Ve Teknoloji

Silikon Vadisi

Bilgi Işlem

Mit Haber Dergisi

Yapay Zeka

Uzay

Akıllı Şehirler

Blok Zinciri

Özellik Hikayesi

Mezun Profili

Mezun Bağlantısı

Mit Haber Özelliği

1865

Benim Görüşüm

77 Toplu Cadde

77 Toplu Cad

Yazarla Tanışın

Cömertlik Içindeki Profiller

Kampüste Görüldü

Mezun Mektupları

Haberler

Seçim 2020

İle Indeksi

Kubbenin Altında

Yangın Hortumu

İle İndeks

Sonsuz Hikayeler

Pandemi Teknoloji Projesi

Başkandan

Kapak Hikayesi

Fotoğraf Galerisi

Tavsiye