Varför Microsoft, IBM, Google och Boeing tar ett gigantiskt steg in i kvantberäkningar

WASHINGTON, DC — Kvantfysikens lilla värld är en stor sak på gränsen för datavetenskap.

Microsofts vd Satya Nadella betygsätter kvantberäkning som en av tre nyckelteknologier som kommer att forma hans företags framtid, tillsammans med artificiell intelligens och blandad verklighet. Google och NASA är det arbetar med D-Wave Systems för att skapa ett kvantspår. IBM har sin Q-initiativ, och Boeings nybildade Disruptiva datorer och nätverk enheten är också inriktad på kvant.

Det har varit en Vita husets toppmöte om kvantinformationsvetenskap, och kongressen överväger lagstiftning som skulle ge kvantberäkningen en ökning på 1.3 miljarder dollar under de kommande tio åren.

Vad pågår?

Egentligen inte så mycket än. Visst, D-Waves dator kan ta på sig vissa specifika kvantuppgifter, men det betyder inte att en universell dator för allmänt bruk som utnyttjar kvantfysikens alla konstiga egenskaper är precis runt hörnet.

"Det är 20 år ledigt och förväntas förbli så under de kommande 20 åren," sa Chad Orzel, en fysiker vid Union College och författare till boken "Hur du lär din hund kvantfysik."

Så varför får kvantdatorer så mycket uppmärksamhet? Orzel och andra experter tog upp den frågan förra helgen under ScienceWriters 2018 konferens vid George Washington University.

En nyckel till att förstå intresset är, ja, att förstå nycklar. Vi pratar inte om nycklarna till hotellrum eller cykellås. Snarare pratar vi om de kryptografiska nycklarna som säkerställer att din information är säker när du köper något från Amazon eller gör en banköverföring online.

En av de specialiserade uppgifterna som kvantdatorer kan ta sig an är primtalsfaktorisering, som är kärnan i nuvarande datakrypteringsalgoritmer. Det är relativt enkelt att beräkna produkten av två primtal, men mycket svårare att vända den beräkningen om du inte kan ett av primtalen. Åtminstone är det så det fungerar för klassiska datorer, och det faktumet hjälper till att skydda din data.

Kvantdatorer kan dra fördel av den konstiga överlagringen av ettor och nollor för att knäcka koden och göra nuvarande krypteringsmetoder föråldrade. Förmågan att utföra den funktionen "är långt utöver vad vi har nu, men folk arbetar med det," sa Orzel.

När forskare chippar bort faktorisering gör de framsteg med mer hanterbara kvantuppgifter.

"Kvantsimuleringssidan av saker och ting är mycket närmare," sa Orzel. "Förmodligen är vi vid den punkten nu. … Det kommer att bli framgångsrikt till 100 procent.”

I augusti, till exempel, rapporterade D-Wave-forskare att deras 2000Q-dator kunde simulera en kvantfasövergång associerad med supraledning — en uppgift som är mycket svårare att göra med en rent klassisk dator.

Kvantsimuleringar kan också tillämpas på design på molekylär nivå av exotiska material för användning i nästa generations batterier och elektroniska enheter.

Andra applikationer skulle kunna koda information på ett sådant sätt att varje försök att avlyssna en sändning lätt kunde upptäckas och förhindras. I en recension publicerad i dag av tidskriften Science, säger forskare vid Delft University i Nederländerna att sådana applikationer kan ge de första byggstenarna för ett "kvantinternet" inom de närmaste fem åren.

Boeings intresse fokuserar inte bara på säker kommunikation, utan också på nätverksoptimering — en annan typ av uppgifter som kvantdatorer borde kunna göra snabbare och enklare än klassiska datorer.

"Vi tittar alltid på mycket komplexa optimeringsproblem i vår verksamhet," sa Greg Hyslop, Boeings tekniska chef, till GeekWire denna vecka. "De är alltid mycket svåra att lösa beräkningsmässigt."

För att programmerare ska kunna dra fördel av kvantdatorer behöver de programvaruplattformar som är optimerade för dessa datorer. Microsoft har Q# programmeringsspråk, IBM har en plattform känd som Qiskit, och D-Wave har avslöjat en molnbaserad plattform som heter Leap Quantum Application Environment.

Nadella säger att Microsoft är intresserad av kvantberäkning på lång sikt. "Vi har tagit ett tillvägagångssätt som säger, titta, låt oss satsa på den allmänna kvantdatorn, för det är priset, i motsats till att oroa sig för kortsiktigt," han sa förra året under en sammankomst som anordnades av Microsoft Alumni Network.

Till viss del är uppgången i resurser som ägnas åt kvantberäkningsforskning en del av en företagsförsvarsstrategi, säger fysikern Christopher Monroe vid University of Maryland, som är medlem i Joint Quantum Institute. "Om IBM och Google gör det, är det bättre att Microsoft gör det också", sa han.

Kommer alla dessa företag, eller åtminstone ett av de företagen, att kunna ta sig över alla tekniska hinder som står i vägen för fullfjädrade kvantdatorer?

"Jag har svårt att tro att det finns en grundläggande anledning till att vi inte kommer att kunna det," sa Monroe. "Men att få slut på pengar kommer att vara en praktisk orsak. Egentligen är det inte bara ett skämt. Om vi ​​inte hittar ansökningar på kort sikt kommer ingen att betala för det. Vetenskapen kommer alltid att finnas där, men jag tror att det industriella engagemanget ... om det upphör, är det ett tecken på att vi har problem när det gäller att skapa ett riktigt stort system på lång sikt."

GeekWire flyg- och vetenskapsredaktör Alan Boyle är ordförande för Rådet för att främja vetenskapligt skrivande, en av arrangörerna av den årliga ScienceWriters konferens. För mer från Orzel om kvantberäkning, kolla in hans Forbes-uppsats: "Vad är en kvantdator? Översikten på 30,000 XNUMX fot.” 

Källa: https://www.geekwire.com/2018/microsoft-ibm-google-boeing-leaping-quantum-computing/