Inni í kapphlaupinu um að smíða bestu skammtatölvu á jörðinni

IBM telur að skammtafræðiyfirráð sé ekki sá áfangi sem okkur ætti að vera sama um.26. febrúar 2020 Skammtaljósakróna

SkammtaljósakrónaRigetti Computing / Justin Fantl



Fullkomnasta tölva Google er ekki í höfuðstöðvum fyrirtækisins í Mountain View, Kaliforníu, né heldur í hitaþunga Silicon Valley. Það er nokkurra klukkustunda akstur suður í Santa Barbara, í íbúðum, sálarlausum skrifstofugarði þar sem að mestu leyti eru tæknifyrirtæki sem þú hefur aldrei heyrt um.

Opin skrifstofa rúmar nokkra tugi skrifborða. Það er innandyra hjólagrind og sérstök brimbrettastæði, með brettum sem hvíla á festingum sem skaga út frá veggnum. Breiðar tvöfaldar hurðir leiða inn í rannsóknarstofu á stærð við stóra kennslustofu. Þarna, innan um tölvugrind og hrærigraut af tækjabúnaði, hanga handfylli af sívölum ílátum - hvert aðeins stærra en olíutunnur - frá titringsdempandi borpöllum eins og risastórar stálpúpur.





Spárnar málið

Þessi saga var hluti af marsblaðinu okkar 2020

  • Sjá restina af tölublaðinu
  • Gerast áskrifandi

Á einni þeirra hefur ytra kerið verið fjarlægt til að afhjúpa marglaga flækju úr stáli og kopar innri sem kallast ljósakrónan. Þetta er í grundvallaratriðum ofhlaðinn ísskápur sem verður kaldari með hverju lagi niður. Neðst, haldið í lofttæmi sem er hársbreidd yfir algjöru núlli, er það sem lítur með berum augum út eins og venjulegur sílikonflögur. En frekar en smára, það er greypt með örsmáum ofurleiðandi hringrásum sem, við þetta lága hitastig, hegða sér eins og þau væru ein frumeindir sem hlýða lögmálum skammtaeðlisfræðinnar. Hver og einn er skammtabiti, eða qubit - grunnupplýsinga-geymslueining skammtatölvu.

Seint í október síðastliðnum tilkynnti Google að einn af þessum flísum, kallaður Sycamore, hefði orðið sá fyrsti til að sýna fram á skammtafræðilega yfirburði með því að framkvæma verkefni sem væri nánast ómögulegt á klassískri vél. Með aðeins 53 qubits hafði Sycamore lokið útreikningi á nokkrum mínútum sem, samkvæmt Google, hefði tekið öflugustu núverandi ofurtölvu heims, Summit, 10.000 ár. Google lýsti þessu sem stórri byltingu og bar það saman við kynningu á Spútnik eða fyrsta flug Wright-bræðra - þröskuldur nýs tímabils véla sem myndi láta voldugasta tölvu nútímans líta út eins og abacus.



Á blaðamannafundi í rannsóknarstofunni í Santa Barbara lagði Google teymið glaðlega fram spurningum frá blaðamönnum í næstum þrjár klukkustundir. En góð húmor þeirra gat ekki alveg dulið undirliggjandi spennu. Tveimur dögum áður höfðu vísindamenn frá IBM, leiðandi keppinaut Google í skammtatölvu, varpað stóru uppljóstrun sinni. Þeir höfðu gefið út blað sem sakaði Google-menn um að hafa rangt fyrir sér. IBM taldi að það hefði tekið Summit aðeins daga, ekki árþúsundir, að endurtaka það sem Sycamore hafði gert. Þegar Hartmut Neven, yfirmaður Google teymis, var spurður hvað honum fyndist um niðurstöður IBM, forðaðist hann beinlínis að svara beint.

transmon qubit

Jay M Gambetta, Jerry M Chow og Matthias Steffan

Hvað er í qubit?

  • Rétt eins og það voru mismunandi smárahönnun á fyrstu dögum tölvunar, þá eru margar leiðir til að búa til qubita. Google og IBM nota bæði útgáfu af leiðandi aðferð, ofurleiðandi transmon qubit, þar sem kjarnahlutinn er Josephson tengi. Þetta samanstendur af pari af ofurleiðandi málmræmum sem eru aðskildar með bili sem er aðeins nanómetra breitt; skammtaáhrifin eru afleiðing af því hvernig rafeindir fara yfir það bil.

    umsögn um græna leysibendilinn

Þú gætir vísað þessu á bug sem bara akademískt spaug — og í vissum skilningi var það svo. Jafnvel þótt IBM hefði rétt fyrir sér, hafði Sycamore samt gert útreikninginn þúsund sinnum hraðar en Summit hefði gert. Og það myndi líklega líða aðeins mánuðir þar til Google byggði aðeins stærri skammtavél sem sannaði málið án nokkurs vafa.



Dýpri andmæli IBM voru þó ekki að tilraun Google hafi skilað minni árangri en haldið var fram, heldur að hún væri tilgangslaus próf í fyrsta lagi. Ólíkt flestum skammtatölvuheiminum, telur IBM ekki að skammtafræðileg yfirráð sé augnablik Wright-bræðra tækninnar; reyndar trúir það ekki einu sinni að slík stund verði.

IBM er þess í stað að elta allt annan mælikvarða á árangur, eitthvað sem það kallar skammtafræðilegt forskot. Þetta er ekki bara munur á orðum eða jafnvel vísindum, heldur heimspekileg afstaða með rætur í sögu, menningu og metnaði IBM - og kannski sú staðreynd að í átta ár hafa tekjur og hagnaður þess verið í næstum stöðugu samdrætti, á meðan Google og móðurfyrirtæki þess Alphabet hafa aðeins séð fjölda þeirra vaxa. Þetta samhengi, og þessi ólíku markmið, gætu haft áhrif á hver – ef annað hvort – kemur fram á undan í skammtafræðikapphlaupinu.

Heimir í sundur

Sléttur, yfirgripsmikill ferill Thomas J. Watson rannsóknarmiðstöðvar IBM í úthverfi norður af New York borg, nýfútúrískt meistaraverk eftir finnska arkitektinn Eero Saarinen, er heimsálfa og alheimur fjarri ólýsanlegum uppgröftum Google teymisins. Hann var fullgerður árið 1961 með IBM sem er framleiddur úr stórtölvum og hefur safneiginleika, áminningu fyrir alla sem starfa innan þess um bylting fyrirtækisins í öllu frá brotalómfræði til ofurleiðara til gervigreindar - og skammtatölvu.

Yfirmaður 4.000 manna rannsóknardeildarinnar er Dario Gil, Spánverji sem keppist við að halda í við næstum evangelískan vandlætingu hans með hröðum ræðum. Í bæði skiptin sem ég talaði við hann hristi hann af sögulegum tímamótum sem ætlað er að undirstrika hversu lengi IBM hefur tekið þátt í rannsóknum sem tengjast skammtatölvum (sjá tímalínu til hægri).

IBM Summit Sycamore flís

Stórkostleg tilraun: Skammtafræði og framkvæmd

Grunnbygging skammtatölvu er skammtabitinn, eða qubitinn. Í klassískri tölvu getur biti geymt annaðhvort 0 eða 1. Qubit getur geymt ekki aðeins 0 eða 1 heldur einnig ástand mitt á milli sem kallast superposition—sem getur tekið á sig fullt af mismunandi gildum. Ein hliðstæða er sú að ef upplýsingar væru litar, þá gæti klassískur biti verið annað hvort svartur eða hvítur. A qubit þegar það er í yfirsetningu gæti verið hvaða litur sem er á litrófinu og gæti líka verið mismunandi að birtustigi.

Niðurstaðan er sú að qubit getur geymt og unnið mikið magn upplýsinga samanborið við bita - og afkastageta eykst veldishraða þegar þú tengir qubita saman. Að geyma allar upplýsingar í 53 qubits á Sycamore flís Google myndi taka um 72 petabæt (72 milljarðar gígabæta) af klassísku tölvuminni. Það þarf ekki mikið fleiri qubits áður en þú þarft klassíska tölvu á stærð við plánetuna.

En það er ekki einfalt. Viðkvæmar og auðveldlega truflaðar, qubits þurfa að vera nánast fullkomlega einangraðir frá hita, titringi og villandi atómum - þess vegna eru ljósakrónurnar í skammtarannsóknarstofu Google. Jafnvel þá geta þeir virkað í mesta lagi nokkur hundruð míkrósekúndur áður en þeir losna og missa samstöðu sína.

hussein chalayan umbreytandi kjóll

Og skammtatölvur eru ekki alltaf hraðari en klassískar. Þeir eru bara öðruvísi, hraðari í sumum hlutum og hægari í öðrum og krefjast mismunandi tegunda hugbúnaðar. Til að bera saman frammistöðu þeirra þarftu að skrifa klassískt forrit sem líkir um það bil eftir skammtafræðinni.

Fyrir tilraun sína valdi Google viðmiðunarpróf sem kallast tilviljunarkennd skammtarásarsýni. Það býr til milljónir handahófskenndra talna, en með smá tölfræðilegum hlutdrægni sem er aðalsmerki skammtafræði reikniritsins. Ef Sycamore væri vasareikni myndi það jafngilda því að ýta á hnappa af handahófi og athuga hvort skjárinn sýndi væntanlegar niðurstöður.

Google hermdi hluta af þessu á eigin stóru netþjónabúum sem og á Summit, stærstu ofurtölvu heims, í Oak Ridge National Laboratory. Vísindamennirnir töldu að það hefði tekið Summit um það bil 10.000 ár að klára allt verkið, sem tók Sycamore 200 sekúndur. Voilà: skammtaráð.

Hver var þá andmæli IBM? Í grundvallaratriðum, að það eru mismunandi leiðir til að fá klassíska tölvu til að líkja eftir skammtavél — og að hugbúnaðurinn sem þú skrifar, hvernig þú saxar upp gögn og geymir þau og vélbúnaðurinn sem þú notar skiptir öllu máli hversu hratt uppgerðin er. getur hlaupið. IBM sagði að Google gerði ráð fyrir að skera þyrfti uppgerðina í marga bita, en Summit, með 280 petabæta geymslupláss, er nógu stórt til að halda öllu ástandi Sycamore í einu. (Og IBM smíðaði Summit, svo það ætti að vita það.)


En í gegnum áratugina hefur fyrirtækið öðlast orð fyrir að eiga í erfiðleikum með að breyta rannsóknarverkefnum sínum í viðskiptalegan árangur. Taktu nú síðast Watson, the Hættan! -spila gervigreind sem IBM reyndi að breyta í lækningasérfræðing fyrir vélmenni. Það var ætlað að veita greiningar og bera kennsl á þróun í hafinu af læknisfræðilegum gögnum, en þrátt fyrir tugi samstarfs við heilbrigðisstarfsmenn hefur lítið verið um viðskiptaumsóknir og jafnvel þær sem komu fram hafa skilað misjöfnum árangri.

Skammtafræðiteymið, að sögn Gil, er að reyna að brjóta þá hringrás með því að gera rannsóknir og viðskiptaþróun samhliða. Næstum um leið og það var með virkar skammtatölvur byrjaði það að gera þær aðgengilegar utanaðkomandi með því að setja þær á skýið, þar sem hægt er að forrita þær með einföldu draga-og-sleppa viðmóti sem virkar í vafra. IBM Q Experience, sem var hleypt af stokkunum árið 2016, samanstendur nú af 15 almenningi aðgengilegum skammtatölvum á bilinu fimm til 53 qubits að stærð. Um 12.000 manns nota þau á mánuði, allt frá fræðimönnum til skólakrakka. Tími á minni vélunum er ókeypis; IBM segir að það hafi nú þegar meira en 100 viðskiptavini sem borga (það mun ekki segja hversu mikið) fyrir að nota þá stærri.

Ekkert af þessum tækjum - eða nokkur önnur skammtatölva í heiminum, nema Sycamore frá Google - hefur enn sýnt að hún getur sigrað klassíska vél með neinu. Fyrir IBM er það ekki málið núna. Að gera vélarnar aðgengilegar á netinu gerir fyrirtækinu kleift að læra hvað framtíðarviðskiptavinir gætu þurft frá þeim og gerir utanaðkomandi hugbúnaðarhönnuðum kleift að læra hvernig á að skrifa kóða fyrir þá. Það aftur á móti stuðlar að þróun þeirra, sem gerir síðari skammtatölvur betri.

Þessi hringrás telur fyrirtækið vera fljótlegasta leiðin að svokölluðu skammtaforskoti sínu, framtíð þar sem skammtatölvur munu ekki endilega skilja klassískar eftir í rykinu heldur gera það. sumir nytsamlegum hlutum nokkuð hraðar eða skilvirkari - nóg til að gera þær efnahagslega þess virði. Þar sem skammtafræðileg yfirráð er einn áfangi, eru skammtafræðilegir kostir samfella, segja IBM-menn - smám saman stækkandi heimur möguleika.

Tengd saga Í fyrsta þættinum af nýja podcastinu okkar, Deep Tech, grafum við í söguna á bak við tvö lítil orð sem gætu breytt heiminum.

Þetta er því hin stóra sameinaða kenning Gils um IBM: að með því að sameina arfleifð sína, tæknilega sérfræðiþekkingu, hugarkraft annarra og hollustu sína við viðskiptavinum, geti það byggt upp gagnlegar skammtatölvur fyrr og betur en nokkur annar.

Í þessari sýn á hlutina lítur IBM á sýnikennslu á skammtafræði Google sem stofubragð, segir Scott Aaronson, eðlisfræðingur við háskólann í Texas í Austin, sem lagði sitt af mörkum til skammtafræði reikniritanna sem Google notar. Í besta falli er það áberandi truflun frá raunverulegu starfi sem þarf að eiga sér stað. Í versta falli er það villandi, vegna þess að það gæti látið fólk halda að skammtatölvur geti sigrað klassískar við hvað sem er frekar en við eitt mjög þröngt verkefni. „Supremacy“ er enskt orð sem almenningi mun vera ómögulegt að misskilja, segir Gil.

Google lítur þetta auðvitað öðruvísi á.

Sláðu inn uppkominn

Google var bráðþroska átta ára gamalt fyrirtæki þegar það byrjaði fyrst að fikta við skammtavandamál árið 2006, en það stofnaði ekki sérstakt skammtarannsóknarstofu fyrr en árið 2012 - sama ár og John Preskill, eðlisfræðingur hjá Caltech, skapaði hugtakið skammtafræði. .

Yfirmaður rannsóknarstofunnar er Hartmut Neven, þýskur tölvunarfræðingur með yfirgripsmikla nærveru og hneigð fyrir flottan Burning Man-stíl; Ég sá hann einu sinni í loðinni blárri úlpu og í annað skiptið í silfurfatnaði sem lét hann líta út eins og pirraður geimfari. (Konan mín kaupir þessa hluti fyrir mig, útskýrði hann.) Upphaflega keypti Neven vél smíðuð af utanaðkomandi fyrirtæki, D-Wave, og eyddi smá tíma í að reyna að ná yfirburði í skammtafræði, en án árangurs. Hann segist hafa sannfært Larry Page, þáverandi forstjóra Google, um að fjárfesta í að byggja skammtatölvur árið 2014 með því að lofa honum að Google tæki áskorun Preskill: Við sögðum honum: „Heyrðu, Larry, eftir þrjú ár munum við koma aftur og setja frumgerð. flís á borðinu þínu sem getur að minnsta kosti reiknað vandamál sem er umfram getu klassískra véla.'

Þar sem skammtafræðiþekking IBM skorti, réði Google teymi utan frá, undir forystu John Martinis, eðlisfræðings við Kaliforníuháskóla í Santa Barbara. Martinis og hópur hans voru þegar meðal bestu skammtatölvuframleiðenda heims - þeim hafði tekist að tengja allt að níu qubita saman - og loforð Neven við Page virtist vera verðugt markmið fyrir þá að stefna að.

hvenær fór voyager 2 á loft
Hringitónskáld

IBM

Hvernig á að forrita skammtatölvu

  • Á grunnstigi þess er hugbúnaðurinn í klassískum tölvum röð rökfræðilegra hliða eins og NOT, OR og NAND sem breyta innihaldi (0 eða 1) bita. Skammtahugbúnaður samanstendur á sama hátt af röðum rökfræðilegra hliða sem virka á qubits, en hann hefur stærra og framandi sett af hliðum með nöfnum eins og SWAP (sem skiptir um gildi tveggja qubita), Pauli-X (skammtaútgáfa af EKKI hlið, sem snýr við gildi qubits), og Hadamard (sem breytir qubit úr annaðhvort 0 eða 1 í yfirsetningu 0 og 1). Enn sem komið er eru engin skammtaígildi æðra tungumála eins og C++ eða Java, en bæði Google og IBM hafa búið til grafískt viðmót, eins og það sem er á myndinni hér að ofan, til að auðvelda forritun með hliðum.

Þriggja ára frestur kom og fór þar sem lið Martinis átti í erfiðleikum með að gera flís bæði nógu stóran og nógu stöðugan fyrir áskorunina. Árið 2018 gaf Google út stærsta örgjörva sinn hingað til, Bristlecone. Með 72 qubits var það langt á undan öllu sem keppinautar þess höfðu gert og Martinis spáði því að það myndi ná skammtafræðilegum yfirburðum sama ár. En nokkrir liðsmenn höfðu unnið samhliða að annarri flísaarkitektúr, sem kallast Sycamore, sem á endanum reyndist geta gert meira með færri qubits. Þess vegna var það 53 qubit flís - upphaflega 54, en einn þeirra bilaði - sem sýndi að lokum yfirburði síðasta haust.

Í hagnýtum tilgangi er forritið sem notað er í þeirri sýnikennslu nánast gagnslaust - það býr til handahófskenndar tölur, sem er ekki eitthvað sem þú þarft skammtatölvu fyrir. En það framkallar þá á sérstakan hátt að klassísk tölva myndi eiga mjög erfitt með að endurtaka, og þar með staðfesta sönnun hugmyndarinnar (sjá á hliðinni).

Spyrðu IBM-menn hvað þeim finnst um þetta afrek og þú færð sársaukafullt útlit. Mér líkar ekki orðið [yfirvald] og mér líkar ekki við afleiðingarnar, segir Jay Gambetta, varkár málaður Ástrali sem stýrir skammtafræðiteymi IBM. Vandamálið, segir hann, er að það er nánast ómögulegt að spá fyrir um hvort ákveðinn skammtaútreikningur verði erfiður fyrir klassíska vél, svo að sýna það í einu tilviki hjálpar þér ekki að finna önnur tilvik.

Til allra sem ég talaði við utan IBM, þessi neitun um að meðhöndla skammtafræðilega yfirburði sem marktækan jaðar á svínarí. Allir sem munu einhvern tíma hafa viðskiptalega viðeigandi tilboð - þeir verða að sýna yfirburði fyrst. Ég held að það sé bara grundvallar rökfræði, segir Neven. Jafnvel Will Oliver, hógvær MIT eðlisfræðingur sem hefur verið einn af jöfnustu athugunum á hrakinu, segir: Það er mjög mikilvægur áfangi að sýna skammtatölvu sem stendur sig betur en klassíska tölvu í einhverju verki, hvað sem það er.

Skammtastökkið

Óháð því hvort þú ert sammála afstöðu Google eða IBM, þá er næsta markmið skýrt, segir Oliver: að smíða skammtatölvu sem getur gert eitthvað gagnlegt. Vonin er sú að slíkar vélar gætu einn daginn leyst vandamál sem krefjast óframkvæmanlegrar tölvuafls núna, eins og að búa til flóknar sameindir til að hjálpa til við að uppgötva ný lyf og efni, eða hámarka umferðarflæði borgarinnar í rauntíma til að draga úr þrengslum eða gera lengri tíma. -tíma veðurspár. (Að lokum gætu þeir verið færir um að sprunga dulritunarkóðana sem notaðir eru í dag til að tryggja samskipti og fjármálaviðskipti, þó að þá muni líklega flestir í heiminum hafa tekið upp skammtaþolna dulritun.) Vandamálið er að það er næstum ómögulegt að spá fyrir um hvað er fyrst gagnlegt. verkefni verður, eða hversu stóra tölvu þarf til að framkvæma það.

Sú óvissa tengist bæði vélbúnaði og hugbúnaði. Á vélbúnaðarhliðinni telur Google að núverandi flísahönnun þess geti komið honum í einhvers staðar á milli 100 og 1.000 qubits. Hins vegar, rétt eins og frammistaða bíls fer ekki eingöngu eftir stærð vélarinnar, þá ræðst frammistaða skammtatölvu ekki einfaldlega af fjölda qubita. Það er fjöldi annarra þátta sem þarf að taka með í reikninginn, þar á meðal hversu lengi hægt er að halda þeim frá samþjöppun, hversu villuhættir þeir eru, hversu hratt þeir starfa og hvernig þeir eru samtengdir. Þetta þýðir að sérhver skammtatölva sem starfar í dag nær aðeins broti af fullum möguleikum sínum.

Samhengi

  • Qubits geyma upplýsingar eins og sigti geymir vatn; jafnvel þeir stöðugustu losna eða falla úr viðkvæmu skammtaástandi sínu, innan nokkurra hundruða míkrósekúndna. Jafnvel áður en þá byrja villur að hrannast upp. Það þýðir að skammtatölva getur aðeins gert svo margar upphæðir áður en hún stöðvast. Stærri flögur Google losna eftir 30 til 40 míkrósekúndur, nægur tími fyrir þær til að fara í gegnum allt að 40 skammtafræðihlið. IBM geta náð allt að 500 míkrósekúndum, en þeir vinna líka hlið hægar.

Hugbúnaður fyrir skammtatölvur, á meðan, er á sama tíma á frumstigi og vélarnar sjálfar. Í klassískri tölvuvinnslu eru forritunarmál nú nokkrum stigum fjarlægt úr hráefnisvélakóðanum sem fyrstu hugbúnaðarframleiðendur þurftu að nota, vegna þess að það er nú þegar staðlað hvernig gögn eru geymd, unnin og færð í kring. Í klassískri tölvu, þegar þú forritar hana, þarftu ekki að vita hvernig smári virkar, segir Dave Bacon, sem leiðir hugbúnaðarviðleitni Google teymisins. Skammtakóði, aftur á móti, verður að vera mjög sniðinn að qubitunum sem hann mun keyra á, til að fá sem mest út úr skapstórri frammistöðu þeirra. Það þýðir að kóðinn fyrir IBM-flögurnar mun ekki keyra á kóðum annarra fyrirtækja, og jafnvel tækni til að fínstilla 53-qubit Sycamore Google mun ekki endilega gera vel í framtíðinni 100-qubit systkini. Meira um vert, það þýðir að enginn getur spáð fyrir um hversu erfitt vandamál þessir 100 qubitar geta tekist á við.

Það sem einhver þorir að vona er að tölvur með nokkur hundruð qubita verði tældar til að líkja eftir miðlungs flókinni efnafræði á næstu árum – kannski nóg til að efla leitina að nýju lyfi eða skilvirkari rafhlöðu. Samt ósamræmi og villur munu stöðva allar þessar vélar áður en þær geta gert nokkuð erfitt eins og að brjóta dulmál.

Til að smíða skammtatölvu með krafti 1.000 qubits, þyrftir þú milljón raunverulega.

Til þess þarf bilunarþolna skammtatölvu, sem getur bætt upp fyrir villur og haldið sér í gangi endalaust, alveg eins og klassískar tölvur gera. Væntanleg lausn verður að búa til offramboð: láta hundruð qubita virka sem einn, í sameiginlegu skammtaástandi. Samanlagt geta þeir leiðrétt fyrir villum einstakra qubita. Og þar sem hver qubit lætur undan samhengi, munu nágrannar hans vekja hann aftur til lífsins, í endalausri hringrás gagnkvæmrar endurlífgunar.

Dæmigerð spá er sú að það myndi taka allt að 1.000 samsetta qubita til að ná þeim stöðugleika - sem þýðir að til að byggja tölvu með krafti 1.000 qubits, þá þyrftir þú milljón raunverulega. Google áætlar varlega að það geti smíðað milljón qubita örgjörva innan 10 ára, segir Neven, þó að það séu nokkrar stórar tæknilegar hindranir sem þarf að yfirstíga, þar á meðal einn þar sem IBM gæti enn haft forskot á Google (sjá á síðu).

Á þeim tíma gæti margt hafa breyst. Ofurleiðandi qubitarnir sem Google og IBM nota um þessar mundir gætu reynst vera tómarúmsrör þeirra tíma, skipt út fyrir eitthvað mun stöðugra og áreiðanlegra. Vísindamenn um allan heim eru að gera tilraunir með ýmsar aðferðir til að búa til qubita, þó fáir séu nógu háþróaðir til að smíða vinnutölvur með. Keppinautar sprotafyrirtæki eins og Rigetti, IonQ eða Quantum Circuits gætu þróað forskot í tiltekinni tækni og stökk á stærri fyrirtækin.


Saga af tveimur transmonum

Transmon qubits Google og IBM eru næstum eins, með einum litlum en hugsanlega mikilvægum mun.

Bæði í skammtatölvum Google og IBM er qubitunum sjálfum stjórnað af örbylgjupúlsum. Örsmáir tilbúnar gallar þýða að engir tveir qubits bregðast við púlsum með nákvæmlega sömu tíðni. Það eru tvær lausnir á þessu: breyta tíðni púlsanna til að finna sætan blett hvers qubits, eins og að kippa illa skornum lykli í lás þar til hann opnast; eða notaðu segulsvið til að stilla hvern qubit á rétta tíðni.

IBM notar fyrstu aðferðina; Google notar annað. Hver aðferð hefur plúsa og galla. Stillanlegir qubits Google virka hraðar og nákvæmari, en þeir eru minna stöðugir og þurfa meiri rafrásir. Föst tíðni qubits IBM eru stöðugri og einfaldari, en ganga hægar.

Frá tæknilegu sjónarhorni er þetta frekar mikið upphlaup, að minnsta kosti á þessu stigi. Hvað varðar fyrirtækjaheimspeki er það þó munurinn á Google og IBM í hnotskurn - eða öllu heldur, í stuttu máli.

Google valdi að vera lipur. Almennt séð fer heimspeki okkar aðeins meira að meiri stjórnhæfni á kostnað þeirra tölur sem fólk leitar venjulega að, segir Hartmut Neven.

IBM valdi aftur á móti áreiðanleika. Það er gríðarlegur munur á því að gera tilraunastofutilraun og gefa út ritgerð og að setja upp kerfi með eins og 98% áreiðanleika þar sem þú getur keyrt það allan tímann, segir Dario Gil.

Nýr Moore

IBM

hjartað stækkar tilvitnun

Núna hefur Google forskot. Eftir því sem vélar stækka gæti kosturinn þó snúist til IBM. Hver qubit er stjórnað af sínum eigin einstökum vírum; stillanleg qubit krefst einn auka vír. Að reikna út raflögnina fyrir þúsundir eða milljónir qubita mun vera ein erfiðasta tæknilega áskorunin sem fyrirtækin tvö standa frammi fyrir; IBM segir að það sé ein af ástæðunum fyrir því að þeir fóru með fasta tíðni qubit. Martinis, yfirmaður Google teymis, segir að hann hafi persónulega eytt síðustu þremur árum í að reyna að finna raflögn. Þetta er svo mikilvægt vandamál að ég vann í því, grínast hann.


Ný lög frá Mooreu 2019?

  • Í stað þess að telja qubita, rekur IBM það sem það kallar skammtamagn, mælikvarða á hversu mikið flókið tölva ræður við í raun og veru. Markmið þess er að halda þessari mælikvarða tvöföldun á hverju ári - skammtaútgáfa af hinu fræga Moore's Law sem IBM hefur kallað Gambetta's Law, eftir Jay Gambetta, aðal skammtafræðifræðingi þess. Hingað til hefur það verið haldið í þrjú ár. Þetta eru jafnmikil gögn og Gordon Moore hafði þegar hann setti fram lögmál Moores árið 1965.

En miðað við stærð þeirra og auð, eiga bæði Google og IBM möguleika á að verða alvarlegir leikmenn í skammtatölvubransanum. Fyrirtæki munu leigja vélar sínar til að takast á við vandamál eins og þau leigja nú skýjabyggða gagnageymslu og vinnsluorku frá Amazon, Google, IBM eða Microsoft. Og það sem byrjaði sem barátta milli eðlisfræðinga og tölvunarfræðinga mun þróast í keppni milli viðskiptaþjónustusviða og markaðsdeilda.

Hvaða fyrirtæki er best í stakk búið til að vinna þá keppni? IBM, með minnkandi tekjur, gæti haft meiri tilfinningu fyrir því að vera brýn en Google. Það veit af biturri reynslu kostnaðinn við að vera hægt að komast inn á markað: síðasta sumar, í dýrustu kaupum sínum nokkru sinni, gaf það yfir 34 milljörðum dollara fyrir Red Hat, opinn skýjaþjónustuveitanda, í tilraun til að ná Amazon. og Microsoft á því sviði og snúa fjárhag sínum við. Stefna þess að setja skammtavélar sínar í skýið og byggja upp borgandi fyrirtæki frá upphafi virðist hönnuð til að gefa því forskot.

Google byrjaði nýlega að fylgja fordæmi IBM og viðskiptavinir þess eru nú bandaríska orkumálaráðuneytið, Volkswagen og Daimler. Ástæðan fyrir því að það gerði þetta ekki fyrr, segir Martinis, er einföld: Við höfðum ekki fjármagn til að setja það á skýið. En það er önnur leið til að segja að það hafi þann munað að þurfa ekki að hafa viðskiptaþróun í forgang.

Hvort sú ákvörðun veitir IBM forskot er of snemmt að segja til um, en líklega mun mikilvægara vera hvernig fyrirtækin tvö beita öðrum styrkleikum sínum á vandamálið á næstu árum. IBM, segir Gil, mun njóta góðs af sérfræðiþekkingu sinni á fullri stafla í öllu frá efnisfræði og flísaframleiðslu til að þjóna stórum viðskiptavinum fyrirtækja. Google getur aftur á móti státað af nýsköpunarmenningu í Silicon Valley-stíl og mikilli æfingu við að stækka starfsemina hratt.

segull og lykill

Hvað varðar skammtafræðilega yfirburði sjálft, þá verður það mikilvægt augnablik í sögunni, en það þýðir ekki að það verði afgerandi. Þegar öllu er á botninn hvolft vita allir um fyrsta flug Wright-bræðranna, en man einhver hvað þeir gerðu á eftir?

fela sig

Raunveruleg Tækni

Flokkur

Óflokkað

Tækni

Líftækni

Tæknistefna

Loftslagsbreytingar

Menn Og Tækni

Silicon Valley

Tölvun

Mit News Tímaritið

Gervigreind

Rými

Snjallar Borgir

Blockchain

Eiginleikasaga

Alumni Prófíll

Alumni Tenging

Mit News Lögun

1865

Mín Skoðun

Messugötu 77

Hittu Höfundinn

Prófílar Í Rausnarskap

Sést Á Háskólasvæðinu

Alumni Bréf

Fréttir

Kosningar 2020

Með Vísitölu

Undir Hvelfingu

Brunaslanga

Óendanlegar Sögur

Tækniverkefni Heimsfaraldurs

Frá Forseta

Forsíðufrétt

Myndasafn

Mælt Er Með