През 2012 г., седнал в горещ басейн, физикът Сет Лойд предложи квантово интернет приложение на създателите на Google, Сергей Брин и Лари Пейдж. Той го нарече Quoogle: търсачка, която използва математика, базирана на физиката на субатомните частици и показва резултати, без да знае самите заявки. Такъв скок ще изисква напълно нов тип памет - т. Нар. QAMM, или квантова памет с произволен достъп.
Въпреки че идеята заинтригува Брин и Пейдж, те я изоставиха, заяви Лойд пред "Gizmodo". Според него те му напомняли, че бизнес моделът им се основава на това да знаят всичко за всички.
Но KOSU, като идея, не умря. Съвременните компютри добре запомнят информация в милиарди битове, двоични цифри, равни на нула или една. RAM или памет с произволен достъп съхранява информация за кратко време върху силиконови чипове, присвоявайки на всяка част от информацията конкретен адрес, до който може да се достигне произволно и по всякакъв ред, за да се позове на тази информация по-късно. Това прави компютъра много по-бърз, което позволява на вашия лаптоп или мобилен телефон незабавно да стигне до данните, съхранявани в RAM, често използвани от приложения, вместо да го търси в съхранение, което е много по-бавно. Но някъде в бъдеще компютърните процесори могат да бъдат заменени или допълнени от квантови компютърни процесори, машини, способни да вграждат гигантски бази данни.машинно обучение и изкуствен интелект. Квантовите компютри все още са зараждаща се технология, но ако някога успеят да изпълнят тези потенциално изгодни алгоритми, ще им е необходим съвсем нов начин за достъп до RAM. Те ще се нуждаят от ТЯЛО.
„KRAM може да бъде страхотно приложение, което прави квантовите устройства от Google и IBM незабавно полезни“, заяви Лойд пред Gizmodo.
Класическите компютри като ThinkPad, Iphone и най-мощните суперкомпютри правят всички свои операции, превеждайки данни в една или много комбинации от битове, нули и такива. Битовете взаимодействат помежду си, в крайна сметка създавайки друга комбинация от нули и такива. Квантовите компютри също дават крайния резултат под формата на единици и нули. Но с течение на броенето, техните квантови битове или кубити комуникират помежду си по нов начин, чрез същите закони на физиката, които управляват електроните. Вместо да е само нула или едно, всеки кубит може да бъде както при броене, използвайки математическо уравнение, което криптира вероятността да получите нула или едно, само когато тествате стойността му. Няколко кубита използват по-сложни уравнения,които се отнасят до стойностите на кубита като единични математически обекти. Резултатът е една или повече възможни двоични низове, чиято крайна стойност се определя от вероятностите в уравненията.
Този странен математически подход - кубитите остават уравнения, докато не ги изчислите и след това те отново изглеждат като битове, но техните стойности могат да включват и елемент на случайност - ви позволява да решавате проблеми, традиционно трудни за компютрите. Едно такова предизвикателство е разлагането на големи числа в прости числа, което разгражда алгоритмите, използвани за съхраняване на големи количества криптирани данни - развитие, което може да бъде „катастрофално“за киберсигурността. Той може да послужи и като нов начин за обработка на големи набори от данни, като например тези, използвани в машинното обучение (като модерни системи за разпознаване на лица).
Квантовите компютри все още не са по-добри от конвенционалните компютри. IBM предоставя на учените и предприемачите достъп до работещ 20-кубитен процесор, а Rigetti до 19-кубитен процесор, докато традиционните суперкомпютри могат да симулират квантови мощности до 50 кубита. Въпреки това, физикът Джон Прескил наскоро обяви, че технологията навлиза в нова ера, в която квантовите компютри скоро ще бъдат полезни за повече от забавни експерименти с физика. Правителството на САЩ възприема сериозно квантовите технологии поради тяхното значение за киберсигурността и много физици и програмисти търсят нови ниши за тях.
Много изследователи също се надяват да намерят приложения за квантовите компютри при разработването на изкуствен интелект и машинно обучение, използвайки квантови алгоритми. Такива алгоритми са сложни и включват значително количество информация, като по този начин се изисква квантова алтернатива на RAM: qRAM.
Промоционално видео:
Quantum RAM не е милиарди битове, съхранявани в множество кубити. Вместо това е начин квантовите компютри да прилагат своите квантови операции към големи списъци с данни, открити при проблеми с машинното обучение. В крайна сметка, обикновената памет с произволен достъп се състои от данни, необходими за стартиране на програми, а програмите имат достъп до нея, като посочват адреса на битовете - по същия начин можете да получите сумата от клетки, като въведете (A2 + B2), вместо да въвеждате числа всеки път. ръчно. Квантовите алгоритми ще трябва да имат достъп до обикновената памет с произволен достъп на квантово ниво - в най-примитивния смисъл те създават суперпозиция, в която клетката е едновременно A2 и B2 и едва тогава, след като изчислението приключи, показва стойността или A2, или B2. Няма нищо квантово в паметта като такава - квантът е начинът, по който можете да използвате и използвате.
В действителност, ако имате много съхранени данни - както например в базите данни за трениране на чатботи - тогава може да има квантов алгоритъм, способен на повече от обикновен компютър, когато става дума за търсене чрез данни или съобщение за нещо важно. … Това може да бъде много доходоносно за финансовата индустрия, както и за компании като Google и, разбира се, ще изисква квантова RAM.
Статия за QRAM, написана от Лойд и неговия екип преди десет години, описва един начин за достъп само до онези адреси в паметта, необходими за суперпозиция, използвайки нещо, което наричат "квантова пожарна верига". По принцип, тъй като всеки адрес в RAM е само поредица от битове, той може да се мисли като разклоняващо се дърво, в което всеки кубит е указател, казващ на компютъра да завие наляво или надясно. Това работи и в конвенционалните компютри, но квантовият компютър със само два варианта неизбежно ще заплита допълнителни пътища на всеки завой, в крайна сметка ще доведе до невероятно голямо и крехко квантово състояние, което лесно може да се срине в неквантна среда. Лойд и неговите колеги предложиха дървовидна структура,в който всеки клон се задържа автоматично в режим на готовност, което позволява на компютъра да се движи само от десния или левия клон (страна) за достъп до желаната памет, без да се заплита ненужна информация. Разликата е с доста технически характер, но е предназначена да намали значително мощността, необходима за решаването на този вид проблем при машинното обучение.
„Повечето алгоритми, използвани в изследванията, изискват някаква квантова памет“, коментира Мишел Моска, учен от Университета Ватерло в Канада, който също изследва квантовата памет за Gizmodo. „Всичко, което намалява цената на приложената квантова RAM, също може драстично да намали времето преди появата на ежедневните квантови компютри.“
Но все още сме на много, много ранен етап от развитието на квантовото програмиране. Днес начинът, по който старите компютри запомнят информация, изглежда почти нелепо. RAM се състои от магнитни контури, свързани с проводници, където всеки цикъл съответства на един бит, а ориентацията на магнитното поле в намотката представлява неговото значение. Първият наличен в търговската мрежа американски компютър UNIVAC-I беше известен с това, че съхранява данни чрез преобразуване на електрически импулси в звукови вълни с помощта на течен живак. Тази памет нямаше случаен достъп - не можете да получите никакви данни, които искате, по всяко време, а само в реда, в който е била съхранена. И се смяташе за най-новата технология.
„Това беше произведение на изкуството“, обясни Крис Гарсия, уредник в Музея на компютърната история. „По това време те опитваха всичко, което можеха, и се надяваха, че някои от тях ще проработят“. По онова време подобни решения бяха по-добри от всички предишни. Днес компютрите съхраняват памет на микрочипове, направени от специален материал, наречен полупроводници, което стана възможно не само поради напредъка на науката, но и благодарение на процесите, които направиха съхранението на силиций много по-евтино от съхранението, направено от малки магнитни намотки.
Как ще изглежда квантовата памет? Най-вероятно не по начина, по който Лойд и колегите са го представяли. На миналогодишната конференция физиците се пошегуваха, че полето на квантовите изчисления може да се обърне към друг аналог на вани с течен живак. Със сигурност ще имаме нови технологични и математически постижения, които ще оптимизират компютрите и техните методи за съхранение на информация.
Лойд се съгласи с това. "Бих искал да видя някой да разпространява нашата идея", каза той. "Ако бихме могли да преведем обикновената информация в квантово състояние, това би било невероятно приложение на квантовите компютри в краткосрочен план." В края на краищата компютрите са повече от просто способността им да изпълняват фантастични алгоритми. Те позволяват тези алгоритми да се използват за обработка и организиране на данни за създаване на нещо полезно.
И може би някой ден наистина ще използваме квантовия Google.
Райън Ф. Манделбаум
