Κβαντικοί υπολογιστές και τεχνητή νοημοσύνη: 10 πράγματα που πρέπει να γνωρίζετε

Τα τελευταία χρόνια, οι αναδυόμενες τεχνολογίες έχουν γίνει εξέχουσες. Μεταξύ αυτών, ο κβαντικός υπολογισμός έχει μια μοναδική δυνατότητα να αλλάξει τον κόσμο μας περισσότερο. Ο κβαντικός υπολογισμός έχει δείξει πολλά υποσχόμενα στοιχεία για την επιτάχυνση των ευρετικών υπολογισμών με απίστευτο τρόπο. Έτσι, η εφαρμογή κβαντικών υπολογιστών σε σύνθετες λύσεις για την αντιμετώπιση προβλημάτων στην ανακάλυψη φαρμακευτικών προϊόντων και υλικών, στη χρηματοδότηση, στις εφαρμογές αυτόνομων οχημάτων, στην τεχνητή νοημοσύνη και σε άλλους τομείς θα έχει σημαντικό αντίκτυπο στη ζωή μας. Συγκεκριμένα, ο κβαντικός υπολογιστής έχει τη δυνατότητα να μεγεθύνει τα αποτελέσματα (τόσο τα θετικά όσο και τα αρνητικά) πολλών εφαρμογών τεχνητής νοημοσύνης.

---

«Νομίζω ότι η τεχνητή νοημοσύνη μπορεί να επιταχύνει τον κβαντικό υπολογισμό και ο κβαντικός υπολογισμός μπορεί να επιταχύνει την τεχνητή νοημοσύνη».

– Ο CEO της Google, Sundar Pichai

---

Καθώς οι οργανισμοί εργάζονται για να γίνουν πιο ψηφιακοί, το να έχουμε κατά νου τους επερχόμενους τεχνολογικούς μετασχηματισμούς είναι κρίσιμο για καλύτερο σχεδιασμό και στρατηγική. Χάρη σε αυτές τις τεχνολογικές εξελίξεις, οι εταιρείες μπορούν να αποκομίσουν πραγματικά κέρδη από τον κβαντικό υπολογισμό. Έχοντας αυτό κατά νου, ας εξερευνήσουμε 10 πράγματα που πρέπει να γνωρίζετε όταν πρόκειται για τους κόσμους των κβαντικών υπολογιστών και της τεχνητής νοημοσύνης.

1. Κύρια Χαρακτηριστικά του Κβαντικού Υπολογισμού

Στους λεγόμενους κλασικούς υπολογιστές, τα bit προγραμματίζονται ως μονάδες δεδομένων με πιθανές τιμές μονάδων και μηδενικών. Στους κβαντικούς υπολογιστές, οι μονάδες δεδομένων προγραμματίζονται με κβαντικά bit—qubits-που μπορεί να αντιπροσωπεύει ένα ένα, ένα μηδέν ή έναν συνδυασμό μηδενός και ενός ταυτόχρονα.

Μια καλή αναλογία είναι ένας διακόπτης φώτων, ο οποίος στους κλασικούς υπολογιστές μπορεί να έχει θέση ενεργοποίησης ή απενεργοποίησης. Με τα qubits στους κβαντικούς υπολογιστές, ο διακόπτης μπορεί να έχει οποιοδήποτε φάσμα θέσεων από το ενεργό έως το απενεργοποιημένο ταυτόχρονα. Η φυσική ικανότητα των qubits φέρνει τα δύο κύρια χαρακτηριστικά του κβαντικού υπολογισμού.

• Προσθήκη. Αυτό αναφέρεται στην ικανότητα των qubits να είναι ενεργοποιημένα και απενεργοποιημένα ταυτόχρονα ή κάπου σε ένα φάσμα μεταξύ των δύο. Αυτή η αβεβαιότητα και η πιθανότητα που ενσωματώνονται στη μονάδα δεδομένων καθιστά το σύστημα ισχυρό στην επίλυση ορισμένων τύπων προβλημάτων.
• Μπλέξιμο. Αυτή είναι η ικανότητα των qubits που συνδέονται μεταξύ τους να επηρεάζουν την ανεξαρτησία του άλλου ακόμα κι αν είναι φυσικά χωριστά. Ως εκ τούτου, εάν έχουμε δύο qubits και η θέση του ενός αλλάξει, το άλλο επηρεάζεται ακόμα και αν τα qubits είναι διαχωρισμένα. Αυτό το χαρακτηριστικό προσδίδει μια ισχυρή ικανότητα μετακίνησης πληροφοριών σε απίστευτα υψηλές ταχύτητες.

2. Πιο γρήγορα και καλύτερα

Οι κβαντικοί υπολογιστές έχουν τέσσερις θεμελιώδεις δυνατότητες που τους διαφοροποιούν από τους σημερινούς κλασικούς υπολογιστές:

• Η βασική παραγοντοποίηση αξιοποιεί πολυδιάστατους χώρους για την εξερεύνηση μεγάλων προβληματικών χώρων και θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στην κρυπτογράφηση.
• Βελτιστοποίηση με την επίλυση μεγάλων/σύνθετων προβλημάτων με πρωτοφανή ταχύτητα.
• Προσομοίωση, στην οποία οι κβαντικοί υπολογιστές μοντελοποιούν αποτελεσματικά πολύπλοκα προβλήματα.
• Κβαντική τεχνητή νοημοσύνη με καλύτερους αλγόριθμους που είναι πιο γρήγοροι και ακριβείς. Η ομάδα κβαντικής έρευνας της IBM ανακάλυψε ότι η εμπλοκή των qubits στον κβαντικό υπολογιστή που διεξήγαγε ένα πείραμα ταξινόμησης δεδομένων μείωσε το ποσοστό σφάλματος στο μισό σε σύγκριση με τα unentable qubits.

Οι εφαρμογές στις επιχειρήσεις θα αντιμετωπίσουν προβλήματα που είναι πολύπλοκα. Για παράδειγμα:

• Η φαρμακευτική ανάπτυξη απαιτεί μοντελοποίηση μορίων ουσίας που είναι εμφανώς δύσκολη επειδή τα άτομα στα μόρια αλληλεπιδρούν με άλλα άτομα με πολύπλοκους τρόπους. Η ιδιότητα κληρονομικής εμπλοκής των κβαντικών υπολογιστών προσφέρεται εδώ αρκετά καλά.
• Αξιοποίηση κβαντικής τεχνητής νοημοσύνης για την επιτάχυνση του χρόνου και της ακρίβειας για συστήματα εκπαίδευσης όπως αυτά σε αυτόνομα οχήματα.

Από τις χρηματοοικονομικές υπηρεσίες, τα φαρμακευτικά και ιατρικά προϊόντα, την υγειονομική περίθαλψη, την ενέργεια, τις τηλεπικοινωνίες, τα μέσα ενημέρωσης, τα ταξίδια, τα logistics και τις ασφάλειες για να αναφέρουμε μερικά, υπάρχουν αρκετοί κλάδοι που θα ωφεληθούν σημαντικά από την κβαντική πληροφορική.

3. Ενισχυτής πόλωσης

Το ενισχυτικό αποτέλεσμα του κβαντικού υπολογισμού ξεπερνά την ταχύτητα και την ακρίβεια. Υπογραμμίζει επίσης την προκατάληψη που υπάρχει στα μοντέλα AI/ML. Ως εκ τούτου, οι εφαρμογές που είναι ευάλωτες σε αλγοριθμική μεροληψία (π.χ. στον χώρο ελέγχου απασχόλησης, αστυνόμευση κ.λπ.) μπορεί να γίνουν ακόμη περισσότερο. Με άλλα λόγια, ο κβαντικός υπολογισμός μπορεί να έχει μια μεγεθυντική αρνητική παρενέργεια που θα μπορούσε να καταστήσει τέτοιες εφαρμογές πολύ επικίνδυνες για τη χρήση ειδικών ελέγχων μετριασμού. Αυτό είναι ένα ακούσιο αποτέλεσμα που οποιοσδήποτε εργάζεται με τεχνητή νοημοσύνη/κβαντικό υπολογισμό πρέπει να αναγνωρίσει και να λάβει υπόψη του στις λύσεις του.

4. Αυξημένη αλγοριθμική πολυπλοκότητα, διαφάνεια και επεξήγηση

Ένα τρέχον βασικό ζήτημα με την τεχνητή νοημοσύνη είναι η έλλειψη διαφάνειας και επεξήγησης, ειδικά όταν χρησιμοποιούνται σύνθετοι αλγόριθμοι όπως η βαθιά μάθηση. Εάν ένα σύστημα τεχνητής νοημοσύνης χρησιμοποιείται για αποφάσεις που επηρεάζουν άμεσα τις ζωές, όπως αποφάσεις δικαστικών αιθουσών, κοινωνικά επιδόματα σε κοινότητες ή ακόμη και η απόφαση για το ποιος θα λάβει δάνειο και με ποιο ποσοστό, είναι θεμελιωδώς σημαντικό η απόφαση να μπορεί να συνδεθεί με απτά γεγονότα που δεν εισάγουν διακρίσεις στην πράξη.

Όπως είναι λογικό, ο κβαντικός υπολογισμός σε τέτοια συστήματα τεχνητής νοημοσύνης αυξάνει την πολυπλοκότητα που συσχετίζεται αρνητικά με τη διαφάνεια και την επεξήγηση.

5. Ένα Νέο Κρυπτογραφικό Πρότυπο

Ένα βασικό μειονέκτημα αυτής της υπέροχης τεχνολογίας είναι η ικανότητά της να σπάει πολλές από τις άμυνες που χρησιμοποιούνται για την ασφάλεια του Διαδικτύου και άλλων κρίσιμων εφαρμογών. Οι κβαντικοί υπολογιστές αποτελούν σοβαρή απειλή για τα συστήματα κυβερνοασφάλειας στα οποία βασίζεται σχεδόν κάθε εταιρεία. Οι περισσότεροι από τους σημερινούς κωδικούς πρόσβασης διαδικτυακών λογαριασμών και ασφαλείς συναλλαγές και επικοινωνίες προστατεύονται μέσω αλγορίθμων κρυπτογράφησης όπως RSA ή SSL/TLS. Το τρέχον πρότυπο βασίζεται στην πολυπλοκότητα της παραγοντοποίησης μεγάλων αριθμών σε πρώτους. Ωστόσο, αυτό είναι ένα είδος προβλήματος που οι κβαντικοί υπολογιστές επιλύουν εξαιρετικά. Η παραβίαση ενός κωδικού πρόσβασης με τα τρέχοντα πρότυπά μας θα χρειαζόταν ένας κλασικός υπολογιστής 100 χρόνια, αλλά μπορεί να επιτευχθεί σε λίγα δευτερόλεπτα με έναν κβαντικό υπολογιστή. Αυτός ο αντίκτυπος υπερβαίνει τους κωδικούς πρόσβασης προσωπικών λογαριασμών—περιλαμβάνει την αποκάλυψη ιδιωτικών επικοινωνιών, εταιρικών δεδομένων και ακόμη και στρατιωτικών μυστικών. Για να αντιμετωπιστεί αυτό, το Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας των ΗΠΑ (NIST) πρωτοστατεί σε μια παγκόσμια προσπάθεια να βρει αλγόριθμους μετακβαντικής κρυπτογραφίας που θα είναι γρήγοροι και αξιόπιστοι. Ο Dustin Moody, ένας μαθηματικός του NIST που εργάζεται στην προσπάθεια, είπε σε συνάντηση κρυπτογραφίας της IBM, "Ελπίζουμε να έχουμε την τελική έκδοση εντελώς έτοιμη και να δημοσιευτεί γύρω στο 2024."

6. Δεν αποτελεί αντικατάσταση για τρέχοντες υπολογιστές

Οι κλασικοί υπολογιστές είναι καλύτεροι σε ορισμένες εργασίες από τους κβαντικούς υπολογιστές (email, υπολογιστικά φύλλα και επιτραπέζια δημοσίευση για να αναφέρουμε μερικές εφαρμογές). Η πρόθεση των κβαντικών υπολογιστών είναι να είναι ένα διαφορετικό εργαλείο για την επίλυση διαφορετικών προβλημάτων, όχι να αντικαταστήσουν τους κλασικούς υπολογιστές. Οπότε ναι, θα εξακολουθούμε να έχουμε συστήματα υπολογιστών όπως τα ξέρουμε ή μια εκδοχή του όπως γνωρίζουμε αυτή τη στιγμή, για το άμεσο μέλλον.

7. Προσεγγίζοντας το Mainstream

Οι καινοτομίες της κβαντικής τεχνολογίας συνεχίζουν να επιταχύνονται, οι επενδύσεις εισρέουν και οι νεοφυείς επιχειρήσεις στον χώρο των κβαντικών υπολογιστών συνεχίζουν να πολλαπλασιάζονται. Μεγάλες εταιρείες τεχνολογίας όπως η Alibaba, η Amazon, η IBM, η Google και η Microsoft έχουν ήδη λανσάρει εμπορικές υπηρεσίες cloud κβαντικών υπολογιστών.

Αν και ο κβαντικός υπολογιστής ως έννοια υπάρχει από τις αρχές της δεκαετίας του 1980, η πρώτη πραγματική απόδειξη ότι οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούσαν να χειριστούν προβλήματα πολύ περίπλοκα για τους κλασικούς υπολογιστές εμφανίστηκε μόλις στα τέλη του 2019, όταν η Google ανακοίνωσε ότι ο κβαντικός υπολογιστής της είχε λύσει έναν τέτοιο υπολογισμό μόλις το 200 δευτερόλεπτα. Η Goldman Sachs ανακοίνωσε πρόσφατα ότι θα μπορούσε να εισαγάγει κβαντικούς αλγόριθμους για την τιμολόγηση χρηματοπιστωτικών μέσων σε μόλις πέντε χρόνια. Η Honeywell αναμένει ότι το κβαντικό θα σχηματίσει μια βιομηχανία 1 τρισεκατομμυρίου δολαρίων τις επόμενες δεκαετίες.

Η αναταραχή της δραστηριότητας υποδηλώνει ότι οι CIO και άλλοι ηγέτες θα πρέπει να αρχίσουν να διαμορφώνουν τις στρατηγικές κβαντικών υπολογιστών τους, ειδικά σε βιομηχανίες, όπως οι φαρμακευτικές, όπου ο αντίκτυπος θα είναι σημαντικός.

8. Δεν είναι ακριβώς στη γωνία

Αν και έχει σημειωθεί σημαντική πρόοδος στην κατασκευή διαφορετικών συστημάτων κβαντικών υπολογιστών, δεν είμαστε κοντά στο να έχουμε ένα σε κάθε οργανισμό — πόσο μάλλον σε κάθε νοικοκυριό. Διαψεύδοντας τις νεοφυείς επιχειρήσεις κβαντικών υπολογιστών που έχουν συγκεντρώσει εκατοντάδες εκατομμύρια δολάρια, δεν υπάρχει καμία προσδοκία ότι τα συστήματα κβαντικών υπολογιστών θα γίνουν καθημερινό πρότυπο τα επόμενα πέντε χρόνια. Αυτή η καθυστέρηση οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στις δυσκολίες που εξακολουθούν να υπάρχουν, συμπεριλαμβανομένων των δυσκολιών στη μηχανική, κατασκευή και προγραμματισμό συστημάτων κβαντικών υπολογιστών, όπως θόρυβος, σφάλματα, απώλεια κβαντικής συνοχής και φυσικά στην υψηλή τιμή που σχετίζεται με τα συστήματα κβαντικών υπολογιστών.

9. Απαιτούνται μάρκες ημιαγωγών και ταλέντο

Η πανδημία επέφερε βασικές αλλαγές στον τρόπο που ζούμε, συμπεριλαμβανομένης της ομαλοποίησης της εργασίας από το σπίτι, διαταραχών της εφοδιαστικής αλυσίδας και ύποπτων εμφανίσεων σε όποιον βήχει κοντά σας. Τόνισε επίσης την υψηλή ζήτηση αλλά χαμηλή προσφορά τσιπ ημιαγωγών. Από τεχνολογικές συσκευές μέχρι οχήματα, η αυξημένη ζήτηση έχει επηρεάσει σημαντικά τις τιμές καταναλωτή. Με την εμφάνιση των κβαντικών υπολογιστών, η ζήτηση θα αυξηθεί περαιτέρω, επηρεάζοντας αντίστοιχα τη διαθεσιμότητα και το κόστος των ημιαγωγών. Πέρα από τους περιορισμούς της προσφοράς υλικού, δεν υπάρχουν ακόμη σχεδόν αρκετοί πόροι εκπαιδευμένοι για την υποστήριξη συστημάτων κβαντικών υπολογιστών και του οικονομικού οικοσυστήματος γενικότερα.

10. Σχετικές προόδους στον Κβαντικό Υπολογισμό

Τα τελευταία χρόνια σημειώθηκε πρόοδος στους υπολογιστές με δύο βασικούς τρόπους: καινοτομίες στη μηχανική μάθηση για την ανάπτυξη αλγορίθμων που βελτιώνονται αυτόματα μέσω της εμπειρίας και έρευνα σε κβαντικούς υπολογιστές που μπορούν θεωρητικά να αποδειχθούν πιο ισχυροί από οποιονδήποτε υπερυπολογιστή.

• Κβαντικό memristor. Οι επιστήμονες δημιούργησαν το πρώτο πρωτότυπο μιας συσκευής γνωστής ως α κβαντικό memristor, που θα μπορούσε να βοηθήσει στη συγκέντρωση των καλύτερων και των δύο αυτών κόσμων—συνδυάζοντας την τεχνητή νοημοσύνη με τον κβαντικό υπολογισμό για πρωτοφανείς δυνατότητες.
• Επεκτασιμότητα/Κβαντικό σε ένα τσιπ. Εξακολουθείτε να φαντάζεστε ένα μεγάλο δωμάτιο γεμάτο εξοπλισμό εξοπλισμού, οθόνες για καθαρή ποιότητα και αφοσιωμένο προσωπικό για έλεγχο της θερμοκρασίας όταν σκέφτεστε τους κβαντικούς υπολογιστές; Λοιπόν, βάλε λίγη σάλσα και πέρνα μου ένα ποτό γιατί οι πρόσφατες εξελίξεις έχουν πλέον κβαντικός υπολογισμός σε ένα τσιπ. Το έργο πρωτοστατήθηκε από τη δουλειά του ειδικού κβαντικού Riverlanes με έδρα το Κέμπριτζ με την εταιρεία ψηφιακών κβαντικών SEEQC με έδρα τη Νέα Υόρκη και το Λονδίνο. Το τσιπ κβαντικού υπολογισμού διαθέτει ενσωματωμένο λειτουργικό σύστημα για διαχείριση ροής εργασιών και qubit.

Με την έλευση αυτού του νέου κύματος υπολογιστών, οι CIO και οι ηγέτες σε όλους τους κλάδους της βιομηχανίας έχουν καθήκον εμπιστοσύνης και μια μοναδική ευκαιρία να κρατήσουν τα δάχτυλά τους στον παλμό μιας νέας τεχνολογίας που καθορίζει τον κόσμο που είναι ο κβαντικός υπολογιστής.

Ενώ η ευρεία υιοθέτηση και οι εφαρμογές για κβαντικούς υπολογιστές μπορεί να φαίνονται πολύ μακριά, τώρα είναι η ώρα για τους MSP και άλλες εταιρείες τεχνολογίας να αρχίσουν να εκπαιδεύονται σχετικά με την τεχνολογία. Όταν οι πελάτες αρχίσουν να ακούν περισσότερα γι 'αυτό - και να κάνουν ερωτήσεις - θέλετε να είστε έτοιμοι με τις απαντήσεις και τις συμβουλές για τη σωστή κατεύθυνση προσαρμοσμένη στον πελάτη σας.

(Γ) ΚΟΜΠΤΙΑ