Hvad vil kvanteberegning gøre for os? Programmører, politiske beslutningstagere deler ideer

Kvantedatamatiker Krysta Svore har en drøm.

I sin drøm ankommer hun til ugens Northwest Quantum Nexus Summit ved University of Washington i en selvkørende bil, der bruger kvanteberegning til at skærpe præcisionen af ​​sine GPS-aflæsninger og optimere sin rute gennem trafikken. "Så jeg kom hertil hurtigere, end jeg nogensinde har gjort før," sagde Svore.

"Jeg betalte med mit kvantekreditkort, som jeg ved, ingen har stjålet, fordi det er helt sikkert," sagde hun "På vejen kiggede jeg udenfor, og luften var sprød og klar. Vi har mere kulstof, der udvindes fra atmosfæren. Vi har renere energiløsninger. Faktisk blev landet lige omkoblet med stuetemperatur superledende kabel, så vi har tabsfri strømtransmission på tværs af USA."

I Svores drøm har kvantecomputere optimeret ruterne til at overføre den strøm og er også kommet med kemien til supereffektive akkumulatorer, der gør sol- og vindenergi til altid tilgængelig elektricitet. "Alt dette fører til en lavere strømregning for mig," sagde hun.

Svore drømmer om kvanteteknologier, der kan designe nye lægemidler på molekylær skala, kortlægge fjerne sorte huller med utrolig præcision og skabe nye typer spil, der vil hjælpe næste generation med at vænne sig til, hvordan kvantefysikkens mærkelige verden fungerer.

"Dette var min drøm i nat," sagde Svore. "Verden var anderledes. Det var kvante. Men faktisk er denne drøm her. Verden er kvante. Og det er i vores hænder i dag at skabe denne drøm, at skabe den her i Nordvest.”

I den vågne verden er Svore general manager for kvantesoftware hos Microsoft - og en af ​​arrangørerne af denne uges kvantecomputertopmøde, som blev afsluttet i dag. Målet med arrangementet var at bygge nye forbindelser inden for Pacific Northwests kvanteforskningssamfund.

Microsoft, UW og Pacific Northwest National Laboratory har allerede et produktivt offentlig-privat partnerskab på området, og denne uges begivenhed tiltrak hundredvis af ligesindede forskningsledere fra staten Washington, Oregon, British Columbia og videre.

Kvantedatabehandling er forskellig fra klassisk digital databehandling, idet den er afhængig af manipulation af kvantebits eller qubits, der kan holde forskellige værdier samtidigt, indtil resultatet af beregningen er udlæst. Hardwaren og softwaren er svær at regne ud, men nogle virksomheder - som f.eks D-Wave Systems i Burnaby, BC - tilbyder allerede førstegenerations kvanteskytjenester. Inden for fem år håber Microsoft at følge med sin egen kvantecomputernetværk på Azure cloud-platformen.

Finansiering til kvanteforskning er ikke bare en drøm. Teknologivirksomheder hælder millioner af dollars ind i deres kvantebestræbelser, og de nyligt godkendt National Quantum Initiative Act afsætter 1.2 milliarder dollars til kvanteforskning over de næste fem år. Det Hvide Hus' nyligt udgivne budgetforslag opfordrer til at bruge $430 millioner på kvanteinformationsvidenskab i det kommende regnskabsår.

"Kvanteinformationsvidenskab har potentialet til at revolutionere vores videnskabelige viden, forbedre vores industrielle base og give betydelige økonomiske og nationale sikkerhedsfordele," siger Det Hvide Hus i sin R&D budget oversigt. De 430 millioner dollars ville blive delt op mellem Pentagon, det amerikanske energiministerium, National Science Foundation og National Institute of Standards and Technology.

Chris Fall, som er blevet nomineret til at lede Energiministeriets Office of Science, sagde, at kvanteinformationsvidenskab vil være afgørende for økonomien såvel som den nationale sikkerhed, delvist på grund af dets potentiale for at bryde krypteringskoder og skabe nye former for sikker kommunikation.

For at følge op på National Quantum Initiative Act forbereder energiafdelingen sig på at skabe et netværk af regionale kvanteforskningscentre - et netværk, som Northwest Quantum Nexus håber at komme ind på.

Fall sagde, at han ikke kan forudsige, hvor centrene vil blive placeret, men han forsikrede deltagerne om, at kvanteforskning vil være en prioritet for hans afdeling. "Vi vil virkelig være med på det her," sagde han.

Jacob Taylor, assisterende direktør for kvanteinformationsvidenskab ved Det Hvide Hus' kontor for videnskab og teknologipolitik, fokuserede på de bredere teknologiske fremskridt, som vil blive udløst af kvantemissionen.

"Når jeg tænker på at bygge en kvantecomputer, tænker jeg ikke på at bygge qubits," sagde han. "Jeg tænker på materialevidenskab. Jeg tænker på kontrolelektronik. Jeg tænker på kryogenik. Jeg tænker på lasere. Jeg tænker på vakuumsystemer. Jeg tænker på kontrolsoftware. … Jeg ser på de ting, der sker inden for kvantesansning og kvantenetværk til en vis grad, som store drivkræfter for videnskab og også en teknologisk base, som vil bidrage til, hvad du måske har brug for for at bygge en kvantecomputer."

Som det er tilfældet med forskning i kunstig intelligens, har USA rivaler i kvantecomputerræset. Den Europæiske Union har afsat mere end en milliard dollars til sit "Quantum Flagship" initiativ, og efter nogle regnskaber er Kina hælder milliarder af dollars i kvanteteknologi.

Taylor advarede dog mod at sammenligne dollar-til-dollar. Han sagde, at det er svært at bestemme præcist, hvor meget Kina bruger, fordi forskellige typer programmer er klassificeret på forskellige måder. "Alt, jeg kan sige, er, at det er klart, at de bruger en masse penge," sagde Taylor.

Den amerikanske rep. Adam Smith, D-Wash., sagde, at han ser på kvanteræset primært gennem prisme af national sikkerhed. Han erkendte, at det ikke er let for ham at forstå de detaljerede funktioner i kvanteberegning.

"En ting, jeg forstår, er, at det giver os muligheden for at teste teorier, se på de udfordringer, vi har og finde ud af, 'hvordan kan vi få et svar på dette?' … I forsvarsverdenen handler det om at gøre alting bedre,” sagde Smith, der er formand for House Armed Services Committee.

Smith sagde, at han har sin egen kvantedrøm.

"Som barn læste jeg Foundation trilogi af Isaac Asimov. Det, jeg ønsker, er, at jeg vil være i stand til at forudsige, hvad vores modstandere vil gøre, hvad mennesker vil gøre,« sagde Smith. "Jeg er faktisk ikke helt sjov med det."

Opdatering kl. 8 PT den 13. marts: Vi har revideret denne rapport for at gøre det klart, at Chris Fall er blevet nomineret til at lede Department of Energy's Office of Science, men er endnu ikke blevet bekræftet af Senatet.

Kilde: https://www.geekwire.com/2019/quantum-nexus-summit-applications/