Ler em português
Kvanttiteknologia lähestyy valtavirtaa. Goldman Sachs ilmoitti äskettäin voivansa ottaa käyttöön kvanttialgoritmit rahoitusinstrumenttien hinnoitteluun jo viiden vuoden kuluttua. Honeywell ennakoi, että kvantti muodostaa 1 biljoonan dollarin teollisuuden tulevina vuosikymmeninä. Mutta miksi Goldmanin kaltaiset yritykset ottavat tämän harppauksen - varsinkin kun kaupalliset kvanttitietokoneet ovat mahdollisesti vuosien päässä?
Jotta ymmärtää, mitä tapahtuu, on hyödyllistä ottaa askel taaksepäin ja tutkia, mitä tietokoneet tarkalleen ottaen tekevät.
Aloitetaan nykypäivän digitaalitekniikasta. Digitaalinen tietokone on pohjimmiltaan aritmeettinen kone. Se teki matemaattisten laskelmien suorittamisesta halpaa ja sen vaikutus yhteiskuntaan on ollut valtava. Sekä laitteiston että ohjelmiston kehitys on mahdollistanut kaikenlaisen laskennan soveltamisen tuotteisiin ja palveluihin. Nykypäivän autoissa, astianpesukoneissa ja kattiloissa kaikissa on jonkinlainen tietokone upotettuna - ja se on ennen kuin pääsemme edes älypuhelimiin ja Internetiin. Ilman tietokoneita emme olisi koskaan saavuttaneet kuuta tai laittaneet satelliitteja kiertoradalle.
Nämä tietokoneet käyttävät binäärisignaaleja (kuuluisia koodin ykkösiä ja nollia), jotka mitataan "bitteinä" tai tavuina. Mitä monimutkaisempi koodi on, sitä enemmän käsittelytehoa tarvitaan ja sitä kauemmin käsittely kestää. Tämä tarkoittaa sitä, että kaikissa heidän edistyksissään – itse ajavista autoista Chess and Go:n suurmestarien päihittämiseen – jää tehtäviä, joiden kanssa perinteiset tietokonelaitteet kamppailevat, vaikka tehtävät olisivat hajallaan miljoonien koneiden kesken.
Erityinen ongelma, jonka kanssa he kamppailevat, on laskentaluokka, jota kutsutaan kombinatoriikaksi. Näihin laskelmiin kuuluu kohteiden järjestelyn löytäminen, joka optimoi jonkin tavoitteen. Tavaroiden määrän kasvaessa mahdollisten järjestelyjen määrä kasvaa eksponentiaalisesti. Parhaan järjestelyn löytämiseksi nykypäivän digitaalisten tietokoneiden on periaatteessa toistettava jokainen permutaatio löytääkseen lopputuloksen ja sitten määritettävä, mikä parhaiten saavuttaa tavoitteen. Monissa tapauksissa tämä voi vaatia valtavan määrän laskelmia (mieti esimerkiksi salasanojen murtamista). Kuten hetken kuluttua näemme, kombinatoristen laskelmien haaste pätee monilla tärkeillä aloilla rahoituksesta lääketeollisuuteen. Se on myös kriittinen pullonkaula tekoälyn kehityksessä.
Ja tässä kvanttitietokoneet tulevat esiin. Aivan kuten klassiset tietokoneet alensivat aritmeettisia kustannuksia, kvantti tarjoaa samanlaisen kustannussäästön kuin pelottavien kombinatoristen ongelmien laskeminen.
Kvantin arvo
Kvanttitietokoneet (ja kvanttiohjelmistot) perustuvat täysin erilaiseen malliin maailman toiminnasta. Klassisessa fysiikassa esine on olemassa hyvin määritellyssä tilassa. Kvanttimekaniikan maailmassa esineet esiintyvät vain tarkasti määritellyssä tilassa sen jälkeen, kun olemme havainneet niitä. Ennen havainnointiamme kahden esineen tila ja se, miten ne liittyvät toisiinsa, ovat todennäköisyyskysymyksiä. Laskennan näkökulmasta tämä tarkoittaa, että tiedot tallennetaan ja tallennetaan eri tavalla - ei-binäärisillä informaatiokubitteilla binääribittien sijaan, mikä kuvastaa kvanttimaailman tilojen moninaisuutta. Tämä moninkertaisuus voi mahdollistaa nopeamman ja alhaisemman kustannuslaskelman kombinatoriselle aritmetiikalle.
Jos se kuulostaa järkyttävältä, se johtuu siitä, että se on sitä. Jopa hiukkasfyysikot kamppailevat saadakseen mielensä ympäri kvanttimekaniikkaa ja sen kuvaamia subatomisen maailman monia poikkeuksellisia ominaisuuksia, eikä tämä ole oikea paikka yrittää täydellistä selitystä. Mutta voimme sanoa, että kvanttimekaniikka selittää paremmin monia luonnonmaailman näkökohtia kuin klassinen fysiikka, ja se sisältää lähes kaikki klassisen fysiikan tuottamat teoriat.
Kvantti tarkoittaa kaupallisen tietojenkäsittelyn maailmassa koneita ja ohjelmistoja, jotka voivat periaatteessa tehdä monia asioita, joita klassiset digitaaliset tietokoneet voivat tehdä, ja lisäksi yksi iso asia, jota klassiset tietokoneet eivät pysty: suorittaa kombinatorisia laskelmia nopeasti . Kuten kuvailemme artikkelissamme Kvanttilaskennan kaupalliset sovellukset, se tulee olemaan iso juttu joillakin tärkeillä aloilla. Joissakin tapauksissa kombinatoriikan merkityksen tiedetään jo olevan keskeinen alalla.
Kun yhä useammat ihmiset kiinnittävät huomionsa kvanttilaskennan mahdollisuuksiin, ilmaantuu sovelluksia kvanttisimuloinnin ja salauksen lisäksi:
Kvanttilaskennan mahdollisuus ratkaista laajamittaisia kombinatorisia ongelmia nopeammin ja halvemmalla on rohkaissut miljardeja dollareita investoimaan viime vuosina. Suurin mahdollisuus saattaa olla löytää lisää uusia sovelluksia, jotka hyötyvät kvantin kautta tarjotuista ratkaisuista. Kuten professori ja yrittäjä Alan Aspuru-Guzik sanoi, mielikuvituksella, intuitiolla ja seikkailulla on roolinsa. Ehkä kyse ei ole siitä, kuinka monta kubittia meillä on; ehkä kyse on siitä, kuinka monta hakkeria meillä on."
