2012-ben, egy forró medencében ülő Seth Lloyd fizikus kvantum internetes alkalmazást javasolt a Google alkotóinak, Szergej Brinnek és Larry Pagenek. Quoogle-nak nevezte: egy olyan keresőmotor, amely a szubatomi részecskék fizikáján alapuló matematikát használ és eredményeket mutat, anélkül, hogy maguk a lekérdezések tudnának. Egy ilyen ugráshoz teljesen új típusú memória szükséges - az úgynevezett QAMM, vagy kvantum véletlen hozzáférésű memória.
Bár az ötlet Brin-t és Page-et felkeltte, elhagyták azt, mondta Lloyd a "Gizmodo-nak". Elmondása szerint emlékeztették rá, hogy üzleti modelljük alapja az, hogy mindenkiről mindent tud.
De a KOSU mint ötlet nem halt meg. A modern számítógépek jól emlékeznek az adatok milliárd bites adataira, a bináris számjegyek egyenlőek akár nullával, akár egyvel. A RAM vagy a véletlen hozzáférésű memória rövid ideig tárolja az információkat a szilícium chipeken, az egyes információkat egy adott címre rendelve, amely véletlenszerűen hozzáférhető és bármilyen sorrendben hozzáférhető ezen információra később. Ez sokkal gyorsabbá teszi a számítógépet, lehetővé téve, hogy laptopja vagy mobiltelefonja azonnal hozzáférjen a RAM-ban tárolt adatokhoz, amelyeket gyakran használnak az alkalmazások, ahelyett, hogy tárolásban keressék őket, ami sokkal lassabb. De valamikor a jövőben a számítógépes processzorokat kivethetik vagy bővíthetik kvantum számítógépes processzorok, amelyek óriási adatbázisok beágyazására képesek.gépi tanulás és mesterséges intelligencia. A kvantumszámítógépek továbbra is kialakulóban lévő technológiák, de ha képesek ezeknek a potenciálisan jövedelmező algoritmusoknak a végrehajtására, egy teljesen új módra van szükségük a RAM eléréséhez. Szüksége lesz egy testre.
"A KRAM fantasztikus alkalmazás lehet, amely a Google és az IBM kvantumberendezéseit azonnal hasznossá teszi" - mondta Lloyd Gizmodo-nak.
A klasszikus számítógépek, például a ThinkPad, az Iphone és a legerősebb szuperszámítógépek minden műveletüket azáltal végezzék el, hogy az adatokat bitek, nullák és egyek több kombinációjára fordítják. A bitek kölcsönhatásba lépnek, végül nullák és azok egy újabb kombinációját állítják elő. A kvantumszámítógépek a végeredményt is nullák és egységek formájában hozzák létre. De amíg a számolás folyamatban van, kvantumbitek, vagy kvitetjeik új módon kommunikálnak egymással, ugyanazon fizikai törvények révén, amelyek az elektronokat irányítják. Ahelyett, hogy nulla vagy egy lenne, az egyes kvbitok mindkettő lehet számoláskor, olyan matematikai egyenlet használatával, amely csak az érték tesztelésekor titkosítja a nulla vagy az egyik valószínűségét. Több kvbit bonyolultabb egyenleteket használ,amelyek a qubit értékekre egyetlen matematikai objektumként hivatkoznak. Az eredmény egy vagy több lehetséges bináris karakterlánc, amelynek végső értékét az egyenletek valószínűségei határozzák meg.
Ez a furcsa matematikai megközelítés - a kvitek egyenlőségek maradnak, amíg kiszámítja őket, és akkor ismét biteknek tűnnek, de értékük tartalmazhat egy véletlenszerűségi elemet is - lehetővé teszi a számítógépek számára hagyományosan nehéz feladatok megoldását. Az egyik ilyen kihívás a nagy számok prímszámokké történő lebontása, amely megtöri az algoritmusokat, amelyek nagy mennyiségű titkosított adat tárolására szolgálnak - ez a fejlõdés a katasztrófának felel meg a kiberbiztonság szempontjából. Új módszerként szolgálhat a nagy adatkészletek, például a gépi tanuláshoz használt adatkészletek (például a fejlett arcfelismerő rendszerek) feldolgozásához is.
A kvantumszámítógépek még mindig nem jobbak, mint a hagyományos számítógépek. Az IBM a tudósok és a vállalkozók számára hozzáférést biztosít egy működő 20-bites processzorhoz, míg a Rigetti-t egy 19-bites processzorhoz, míg a hagyományos szuperszámítógépek akár 50 kvbit kvantumteljesítményt képes szimulálni. Ennek ellenére a John Preskil fizikus nemrégiben bejelentette, hogy a technológia egy új korszakba lép, ahol a kvantumszámítógépek hamarosan több, mint szórakoztató fizikai kísérletnél hasznosak lesznek. Az Egyesült Államok kormánya a kvantumtechnológiát komolyan veszi, mivel ez fontos a kiberbiztonság szempontjából, és sok fizikus és programozó új rést keres nekik.
Számos kutató azt reméli, hogy kvantumszámítógépekhez alkalmazást talál a mesterséges intelligencia és a gépi tanulás fejlesztéséhez kvantumalgoritmusok segítségével. Az ilyen algoritmusok összetettek és jelentős mennyiségű információt foglalnak magukba, tehát a RAM kvantum-alternatívájához van szükség: qRAM.
Promóciós videó:
A kvantum RAM nem milliárd bit, több kvitet tárolva. Ehelyett a kvantumszámítógépek a kvantumműveleteket a gépi tanulási problémákban talált nagy adatlistákra alkalmazhatják. Végső soron a rendes RAM a programok futtatásához szükséges adatokból áll, és a programok a bitcím megadásával férnek hozzá ehhez - ugyanúgy a cellák összegét is meg lehet kapni (A2 + B2) gépelés helyett, a számok minden egyes beírása helyett. manuálisan. A kvantum algoritmusoknak kvantumszinten kell hozzáférniük a szokásos véletlen hozzáférésű memóriához - a legeredményesebb értelemben olyan szuperpozíciót hoznak létre, amelyben a cellák egyszerre vannak A2 és B2, és csak akkor, a számítás befejezése után, mutatják az A2 vagy B2 értéket. Nincs semmi kvantum a memóriában, mint olyanban - a kvantum az, ahogyan elérheti és használja.
Alapvetően, ha sok tárolt adat van - például a chatbotok képzésére szolgáló adatbázisokban -, akkor létezhet egy kvantumalgoritmus, amely több, mint egy szokásos számítógépnél képes adatmegkeresésre vagy valami fontos üzenet megkeresésére. … Ez nagyon jövedelmező lehet mind a pénzügyi ágazat, mind a cégek, például a Google számára, és természetesen kvantum RAM-ot igényel.
A Lloyd és csapata tíz évvel ezelőtt írt, a QRAM-ról szóló cikk egy módszert írt le arra, hogy miként érhetők el csak a szuperpozícióhoz szükséges memóriában szereplő címek, amit úgynevezett „kvantumtűz-láncnak” hívnak. Alapvetően, mivel a RAM-ban az egyes címek csak egy bitesorozatot jelentenek, elágazó fának tekinthető, amelyben minden egyesbit egy mutató, amely a számítógép balra vagy jobbra fordulását jelzi. Ez a hagyományos számítógépekben is működik, de csak két választási lehetőséggel rendelkező kvantum-számítógép elkerülhetetlenül minden úton belefut az extra utakhoz, végül hihetetlenül nagy és törékeny kvantumállapothoz vezet, amely könnyen összeomlik egy nem kvantumkörnyezetben. Lloyd és kollégái egy faszerkezetet javasoltak,amelyben az egyes ágakat automatikusan készenléti állapotban tartják, lehetővé téve a számítógép számára, hogy csak a jobb vagy a bal oldali ágon (oldalon) mozogjon, hogy hozzáférjen a kívánt memóriahoz anélkül, hogy a felesleges információkat beleragadná. A különbség meglehetõsen technikai jellegû, ám annak célja, hogy jelentõsen csökkentse az ilyen típusú probléma megoldásához szükséges energiát a gépi tanulás során.
"A kutatásban alkalmazott algoritmusok többsége valamiféle kvantummemóriát igényel" - kommentálta Michelle Mosca, a kanadai Waterloo Egyetem tudósát, aki szintén a kvantummemóriát kutatta a Gizmodo számára. "Bármi, ami csökkenti az alkalmazott kvantum RAM költségeit, drámai módon csökkentheti a mindennapi kvantum számítógépek megjelenése előtti időt."
De a kvantum-programozás fejlesztésének még nagyon, nagyon korai szakaszában vagyunk. Manapság szinte nevetségesnek tűnik, ahogyan a régi számítógépek emlékeznek az információkra. A RAM egy vezetékekkel összekötött mágneses hurkokból állt, ahol minden hurok egy bitnek felel meg, és a tekercsben lévő mágneses mező tájolása jelképezi annak jelentését. Az első kereskedelmi forgalomban kapható amerikai számítógépet, az UNIVAC-I-t ismerték az adatok tárolására azáltal, hogy folyékony higany segítségével elektromos impulzusokat hanghullámokká alakítottak át. Ennek a memórianak nem volt véletlen hozzáférése - bármikor nem szerezhetett be kívánt adatokat, csak a tárolás sorrendjében. És úgy vélte, hogy élvonalbeli technológia.
"Ez egy műalkotás volt" - magyarázta Chris Garcia, a Számítógéptörténeti Múzeum kurátora. "Abban az időben mindent megpróbáltak, és reménykedtek abban, hogy egy részének sikerül." Abban az időben az ilyen megoldások jobb voltak, mint az összes korábbi. Manapság a számítógépek memóriáját a "félvezetők" elnevezésű speciális anyagból készült mikroszkópokon tárolják, ami nemcsak a tudomány fejlődése miatt vált lehetővé, hanem azoknak a folyamatoknak köszönhetően, amelyek sokkal olcsóbbá tették a szilícium tárolását, mint az apró mágneses tekercsekben történő tárolás.
Hogyan fog kinézni a kvantummemória? Valószínűleg nem úgy, ahogy Lloyd és munkatársai elképzelték. A tavalyi konferencián a fizikusok viccelődtek, hogy a kvantumszámítás területén a folyékony higanytartályok másik analógjára fordulhat. Bizonyára új technológiai és matematikai fejlesztéseink vannak, amelyek optimalizálják a számítógépeket és azok információmegőrzési módszereit.
Lloyd egyetértett ezzel. "Szeretném, ha valaki elterjesztené ötletünket" - mondta. "Ha le tudjuk fordítani a közönséges információkat kvantumállapotba, ez a kvantumszámítógépek lenyűgöző alkalmazása rövid távon." Végül is a számítógépek nem csupán a képzeletbeli algoritmusok végrehajtására vonatkoznak. Lehetővé teszik ezeket az algoritmusokat az adatok feldolgozásához és rendezéséhez, hogy valami hasznosat hozzon létre.
És talán egy napon tényleg a kvantum Google-ot fogjuk használni.
Ryan F. Mandelbaum