Sēžot karstā baseinā, 2012. gadā fiziķis Seth Lloyd ierosināja kvantu interneta lietojumprogrammu Google veidotājiem Sergejam Brinam un Lerijam Peidžam. Viņš to sauca par Quoogle: meklētājprogrammu, kas izmanto matemātiku, kuras pamatā ir subatomisko daļiņu fizika, un parāda rezultātus, nezinot pašus vaicājumus. Šādam lēcienam būtu nepieciešams pilnīgi jauns atmiņas tips - tā sauktais QAMM jeb kvantu brīvpiekļuves atmiņa.
Lai arī ideja ieintriģēja Brinu un Peidžu, viņi no tā atteicās, Lloyd stāstīja "Gizmodo". Pēc viņa teiktā, viņi viņam atgādinājuši, ka viņu biznesa modeļa pamatā ir zināt visu par visiem.
Bet KOSU kā ideja nemira. Mūsdienu datori labi atceras informāciju miljardos bitu, bināriem cipariem, kas vienādi ar nulli vai vienu. RAM jeb brīvpiekļuves atmiņa informāciju uz īsu brīdi glabā silīcija mikroshēmās, katram informācijas elementam piešķirot īpašu adresi, kurai var piekļūt nejauši un jebkurā secībā, lai atsauktos uz šo informāciju vēlāk. Tas padara datoru daudz ātrāku, ļaujot klēpjdatoram vai mobilajam tālrunim nekavējoties piekļūt RAM glabātajiem datiem, kurus bieži izmanto programmas, tā vietā, lai meklētu tos krātuvē, kas ir daudz lēnāk. Bet kādreiz nākotnē datoru procesorus var nomainīt vai papildināt ar kvantu datoru procesoriem - mašīnām, kuras var iegult milzīgas datu bāzes.mašīnmācība un mākslīgais intelekts. Kvantu datori joprojām ir topoša tehnoloģija, taču, ja viņi kādreiz spēs izpildīt šos potenciāli ienesīgos algoritmus, viņiem būs nepieciešams pilnīgi jauns veids, kā piekļūt RAM. Viņiem būs nepieciešama ĶERMEŅA.
"KRAM var būt drausmīga lietojumprogramma, kas padara kvantu ierīces no Google un IBM uzreiz noderīgas," Lloyd stāstīja Gizmodo.
Klasiskie datori, piemēram, ThinkPad, Iphone, un visspēcīgākie superdatori veic visas savas darbības, pārtulkojot datus vienā vai vairākās bitu, nulles un tādu kombinācijā. Biti mijiedarbojas viens ar otru, galu galā iegūstot vēl vienu nulles un nulles kombināciju. Kvantu datori arī dod gala rezultātu vienību un nulles formā. Bet turpinot skaitīšanu, to kvantu biti jeb kviti savstarpēji sazinās jaunā veidā, izmantojot tos pašus fizikas likumus, kas regulē elektronus. Tā vietā, lai būtu tikai nulle vai viena, katra kvadrāts var būt gan skaitīšana, gan izmantojot matemātisku vienādojumu, kas šifrē varbūtību iegūt nulli vai vienu tikai tad, kad pārbaudāt tā vērtību. Vairāki kvīti izmanto sarežģītākus vienādojumus,kas attiecas uz kvadrātu vērtībām kā atsevišķiem matemātiskiem objektiem. Rezultāts ir viena vai vairākas iespējamās binārās virknes, kuru galīgo vērtību nosaka varbūtības vienādojumos.
Šī dīvainā matemātiskā pieeja - kvotas ir vienādojumi, līdz jūs tos aprēķināt, un pēc tam tie atkal izskatās kā biti, bet to vērtībās var iekļaut nejaušības elementu - ļauj jums atrisināt datoriem tradicionāli sarežģītās problēmas. Viens no šādiem izaicinājumiem ir lielu skaitļu sadalīšana sākotnējos skaitļos, kas izjauc algoritmus, kas tiek izmantoti liela daudzuma šifrētu datu glabāšanai - šī attīstība var būt “katastrofiska” kiberdrošībai. Tas var kalpot arī kā jauns veids, kā apstrādāt lielas datu kopas, piemēram, tādas, kuras izmanto mašīnu apguvē (piemēram, uzlabotās sejas atpazīšanas sistēmās).
Kvantu datori joprojām nav labāki par parastajiem datoriem. IBM zinātniekiem un uzņēmējiem nodrošina piekļuvi strādājošam 20 kbitu procesoram, bet Rigetti - 19kbitu procesoram, savukārt tradicionālie superdatori var simulēt kvantu jaudas līdz 50 kvitēm. Neskatoties uz to, fiziķis Džons Preskils nesen paziņoja, ka tehnoloģija ieiet jaunā laikmetā, kurā kvantu datori drīz būs noderīgi vairāk nekā izklaidējošiem fizikas eksperimentiem. ASV valdība kvantu tehnoloģiju uztver nopietni, jo tai ir liela nozīme kiberdrošībā, un daudzi fiziķi un programmētāji meklē tām jaunas nišas.
Daudzi pētnieki arī cer atrast kvantu datoru lietojumus mākslīgā intelekta attīstībā un mašīnu apguvē, izmantojot kvantu algoritmus. Šādi algoritmi ir sarežģīti un ietver ievērojamu informācijas daudzumu, tāpēc nepieciešama kvantu alternatīva RAM: qRAM.
Reklāmas video:
Kvantu operatīvā atmiņa nav miljardiem bitu, kas tiek glabāti vairākās kvitēs. Tā vietā kvantu datori var izmantot savas kvantu operācijas lieliem datu sarakstiem, kas atrodami mašīnmācīšanās problēmās. Galu galā parasto RAM veido dati, kas programmām jāpalaiž, un programmas tam var piekļūt, norādot bitu adresi - tādā pašā veidā jūs varat iegūt šūnu summu, ierakstot (A2 + B2), nevis katru reizi ierakstot skaitļus. manuāli. Kvantu algoritmiem būs jāpiekļūst parastai brīvpiekļuves atmiņai kvantu līmenī - primitīvākajā nozīmē tie rada superpozīciju, kurā šūna vienlaikus ir gan A2, gan B2, un tikai tad, pēc aprēķina pabeigšanas, parāda vai nu A2, vai B2 vērtību. Par atmiņu kā tādu nav nekā kvantu - kvants ir veids, kā tam piekļūt un to izmantot.
Būtībā, ja jums ir daudz glabātu datu - kā, piemēram, tērzēšanas robotu apmācības datu bāzēs -, tad var būt kvantu algoritms, kas var darīt vairāk nekā parasts dators, kad runa ir par meklēšanu caur datiem vai ziņu par kaut ko svarīgu. … Tas var būt ļoti ienesīgs gan finanšu nozarei, gan uzņēmumiem, piemēram, Google, un, protams, tam būs nepieciešama kvantu RAM.
Rakstā par QRAM, ko pirms desmit gadiem rakstīja Lloyd un viņa komanda, tika aprakstīts viens veids, kā piekļūt tikai tām atmiņām, kuras nepieciešamas superpozīcijai, izmantojot kaut ko, ko viņi sauca par "kvantu uguns ķēdi". Būtībā, tā kā katra adrese RAM ir tikai bitu secība, to var uzskatīt par zarojošu koku, kurā katrs kvadrāts ir rādītājs, kas datoram liek pagriezties pa kreisi vai pa labi. Tas darbojas arī parastajos datoros, taču kvantu dators ar tikai divām iespējām neizbēgami iesaista papildu ceļus ik uz soļa, galu galā novedot pie neticami liela un trausla kvantu stāvokļa, kas var viegli sadalīties vidē, kurā nav kvantu. Loids un viņa kolēģi ierosināja koka struktūru,kurā katrs atzars automātiski tiek turēts gaidīšanas režīmā, ļaujot datoram pārvietoties tikai pa labo vai kreiso atzaru (sānu), lai piekļūtu vajadzīgajai atmiņai, neieviešot nevajadzīgu informāciju. Atšķirībai ir diezgan tehnisks raksturs, taču tā ir paredzēta, lai ievērojami samazinātu jaudu, kas nepieciešama šāda veida problēmu risināšanai mašīnmācībā.
"Lielākajai daļai pētniecībā izmantoto algoritmu ir nepieciešama sava veida kvantu atmiņa," komentēja Gizmodo Kanādas Voterlo universitātes zinātniece Mišela Mosca, kura arī pētīja kvantu atmiņu. "Viss, kas samazina izmantotās kvantu operatīvās atmiņas izmaksas, var arī dramatiski samazināt laiku pirms ikdienas kvantu datoru parādīšanās."
Bet mēs joprojām esam ļoti, ļoti agrīnā stadijā kvantu programmēšanas attīstībā. Mūsdienās veids, kā vecie datori atceras informāciju, šķiet gandrīz smieklīgs. RAM sastāvēja no magnētiskām cilpām, kas savienotas ar vadiem, kur katra cilpa atbilda vienam bitam, un spoles magnētiskā lauka orientācija atspoguļoja tā nozīmi. Pirmais komerciāli pieejamais amerikāņu dators UNIVAC-I bija pazīstams ar datu glabāšanu, pārvēršot elektriskos impulsus skaņas viļņos, izmantojot šķidru dzīvsudrabu. Šai atmiņai nebija nejaušas piekļuves - jūs jebkurā laikā nevarējāt iegūt vajadzīgos datus, bet tikai tādā secībā, kādā tā tika glabāta. Un tā tika uzskatīta par vismodernāko tehnoloģiju.
“Tas bija mākslas darbs,” skaidroja Kriss Garsija, Datoru vēstures muzeja kurators. "Tajā laikā viņi izmēģināja visu iespējamo un cerēja, ka daļa no tā darbosies." Tajā laikā šādi risinājumi bija pārāki par visiem iepriekšējiem. Mūsdienās datori glabā atmiņu mikročipos, kas izgatavoti no īpaša materiāla, ko sauc par pusvadītājiem, un tas kļuva iespējams ne tikai pateicoties zinātnes sasniegumiem, bet arī pateicoties procesiem, kas padarīja silīcija uzglabāšanu daudz lētāku nekā sīku magnētisko spoļu glabāšana.
Kā izskatīsies kvantu atmiņa? Visticamāk, ne tādā veidā, kā to iedomājās Loids un kolēģi. Pagājušā gada konferencē fiziķi jokoja, ka kvantu skaitļošanas lauks var pievērsties citam šķidrā dzīvsudraba tvertņu analogam. Protams, mums būs jauni tehnoloģiski un matemātiski sasniegumi, kas optimizēs datorus un to metodes informācijas glabāšanai.
Loids tam piekrita. “Es labprāt redzētu, kā kāds izplata mūsu ideju,” viņš teica. "Ja mēs varētu tulkot parasto informāciju kvantu stāvoklī, tas īsā laikā būtu pārsteidzošs kvantu datoru pielietojums." Galu galā datori ir kas vairāk nekā tikai spēja izpildīt iedomātā algoritmus. Tie ļauj šos algoritmus izmantot datu apstrādei un sakārtošanai, lai izveidotu kaut ko noderīgu.
Un varbūt kādreiz mēs patiešām izmantosim kvantu Google.
Raiens F. Mandelbaums