Kvantumszámítás és mesterséges intelligencia: 10 dolog, amit tudnod kell

Az elmúlt években a feltörekvő technológiák előtérbe kerültek. Közülük a kvantumszámításnak egyedülálló lehetősége van arra, hogy a leginkább megváltoztatja világunkat. A kvantumszámítás ígéretes bizonyítékokat mutatott be a heurisztikus számítások hihetetlen módon történő felgyorsítására. Így a kvantumszámítás komplex megoldásokon belüli alkalmazása a gyógyszeripar és az anyagkutatás, a pénzügyek, az autonóm járműalkalmazások, a mesterséges intelligencia és más területek problémáinak megoldására jelentős hatással lesz életünkre. A kvantumszámítás különösen képes felnagyítani számos mesterségesintelligencia-alkalmazás (pozitív és negatív) hatásait.

---

"Úgy gondolom, hogy az AI felgyorsíthatja a kvantumszámítást, a kvantumszámítás pedig felgyorsíthatja az AI-t."

– Sundar Pichai, a Google vezérigazgatója

---

Miközben a szervezetek azon dolgoznak, hogy egyre digitálisabbá váljanak, a jobb tervezés és stratégia szempontjából kritikus fontosságú a közelgő technológiai átalakulások szem előtt tartása. E technológiai fejlődésnek köszönhetően a vállalatok valódi haszonra tehetnek szert a kvantumszámítástechnikából. Ezt szem előtt tartva, nézzünk meg 10 dolgot, amellyel tisztában kell lennie a kvantumszámítástechnika és az AI világával kapcsolatban.

1. A kvantumszámítástechnika főbb jellemzői

Az úgynevezett klasszikus számítógépekben a biteket adategységként programozzák egyesek és nullák lehetséges értékeivel. A kvantumszámítógépekben az adategységeket kvantumbitekkel programozzák.qubit-amely egyszerre jelenthet egyet, nullát vagy nulla és egy kombinációját.

Jó analógia egy lámpakapcsoló, amely a klasszikus számítógépekben be- vagy kikapcsolt helyzetű lehet. A kvantumszámítógépek qubitjeivel a kapcsoló egyidejűleg tetszőleges pozícióspektrummal rendelkezhet a bekapcsolástól a kikapcsolásig. A qubitek fizikai képessége a kvantumszámítás két fő jellemzőjét hordozza magában.

• ráhelyezés. Ez a qubitek azon képességére vonatkozik, hogy egyszerre be- és kikapcsolva legyenek, vagy valahol a kettő közötti spektrumban. Ez az adategységbe beépülő bizonytalanság és valószínűség erőssé teszi a rendszert bizonyos típusú problémák megoldásában.
• Összegabalyodás. Ez az egymáshoz kapcsolódó qubitek azon képessége, hogy befolyásolják egymás függetlenségét, még akkor is, ha fizikailag különállóak. Ennek megfelelően, ha két qubitünk van, és az egyik pozíciója megváltozik, a másik akkor is hatással lesz, ha a qubiteket szétválasztjuk. Ez a jellemző az információk hihetetlenül nagy sebességű mozgatásának erőteljes képességét kölcsönzi.

2. Gyorsabb és jobb

A kvantumszámítógépek négy alapvető képességgel rendelkeznek, amelyek megkülönböztetik őket a mai klasszikus számítógépektől:

• A többdimenziós tereket kihasználó elsődleges faktorizáció nagy problémás terek feltárására, és forradalmasíthatja a titkosítást.
• Optimalizálás nagy/összetett problémák megoldásával, példátlan sebességgel.
• Szimuláció, amelyben a kvantumszámítógépek komplex problémákat hatékonyan modelleznek.
• Kvantum mesterséges intelligencia jobb algoritmusokkal, amelyek gyorsabbak és pontosabbak. Az IBM kvantumkutató csoportja megállapította, hogy az adatosztályozási kísérletet futtató kvantumszámítógépen a qubitek összefonódása felére csökkenti a hibaarányt a nem összegabalyodott qubitekhez képest.

Az üzleti alkalmazások komplex problémákat kezelnek. Például:

• A gyógyszerfejlesztéshez anyagmolekulák modellezése szükséges, ami köztudottan nehéz, mivel a molekulák atomjai összetett módon lépnek kölcsönhatásba más atomokkal. A kvantumszámítógépek öröklődő összefonódási tulajdonsága itt elég jól megfelel.
• A kvantum mesterséges intelligencia felhasználása az idő és a pontosság felgyorsítására olyan képzési rendszerek esetében, mint például az autonóm járművekben.

A pénzügyi szolgáltatásoktól, a gyógyszerektől és az orvosi termékektől, az egészségügytől, az energiától, a távközléstől, a médiától, az utazásoktól, a logisztikától és a biztosítástól kezdve, hogy csak néhányat említsünk, számos iparág van, amelyek mindegyike jelentős hasznot húz a kvantumszámítástechnikából.

3. Előfeszítő erősítő

A kvantumszámítás erősítő hatása túlmutat a sebességen és a pontosságon. Emellett kiemeli az AI/ML modelleken belüli beépített torzítást. Mint ilyenek, azok az alkalmazások, amelyek ki vannak téve az algoritmikus torzításnak (pl. a foglalkoztatási szűrési területen, a rendészetben stb.), még inkább azzá válhatnak. Más szavakkal, a kvantumszámításnak lehetnek olyan negatív mellékhatásai, amelyek túlságosan kockázatossá tehetik az ilyen alkalmazásokat ahhoz, hogy speciális enyhítő vezérlők hiányában alkalmazzanak. Ez egy nem kívánt hatás, amelyet mindenkinek, aki mesterséges intelligenciával/kvantumszámítástechnikával dolgozik, fel kell ismernie és figyelembe kell vennie megoldásaiban.

4. Fokozott algoritmikus összetettség, átláthatóság és megmagyarázhatóság

A mesterséges intelligencia jelenlegi fő problémája az átláthatóság és a megmagyarázhatóság hiánya, különösen akkor, ha összetett algoritmusokat, például mély tanulást használnak. Ha egy mesterséges intelligencia rendszert olyan döntések meghozatalára használnak, amelyek közvetlenül befolyásolják az életet, mint például a tárgyalótermi döntések, a közösségek szociális juttatásai, vagy akár annak eldöntése, hogy ki és milyen kamattal kap kölcsönt, alapvetően fontos, hogy a döntést kézzelfogható tényekhez kössék. a gyakorlatban nem diszkriminatívak.

Érthető, hogy az ilyen mesterséges intelligencia rendszerek kvantumszámítása növeli a komplexitást, ami hátrányosan korrelál az átláthatósággal és a magyarázhatósággal.

5. Új kriptográfiai szabvány

Ennek a csodálatos technológiának egyik fő hátránya, hogy képes feltörni az internet és más kritikus alkalmazások védelmére használt számos védelmet. A kvantumszámítástechnika komoly veszélyt jelent a kiberbiztonsági rendszerekre, amelyekre gyakorlatilag minden vállalat támaszkodik. Napjaink online fiókjelszavainak, biztonságos tranzakcióinak és kommunikációinak többségét titkosítási algoritmusok védik, például az RSA vagy az SSL/TLS. A jelenlegi szabvány a nagy számok prímszámokká alakításának bonyolultságán alapul. Ez azonban egyfajta probléma, amelyet a kvantumszámítógépek kiválóan tudnak megoldani. Egy jelszó feltörése jelenlegi szabványaink szerint egy klasszikus számítógépnek 100 évig tartana, de kvantumszámítógéppel pillanatok alatt meg lehet valósítani. Ez a hatás túlmutat a személyes fiók jelszavain – magában foglalja a privát kommunikáció, a vállalati adatok és még a katonai titkok feltárását is. Ennek ellensúlyozására az Egyesült Államok Nemzeti Szabványügyi és Technológiai Intézete (NIST) egy olyan globális erőfeszítés élén áll, amely gyors és megbízható posztkvantum kriptográfiai algoritmusokat keres. Dustin Moody, a NIST matematikusa, aki az erőfeszítésen dolgozik, – mondta az IBM kriptográfiai értekezletén, "Reméljük, hogy a végleges verzió teljesen készen lesz, és 2024 körül fog megjelenni."

6. Nem helyettesíti a jelenlegi számítógépeket

A klasszikus számítógépek bizonyos feladatokban jobbak, mint a kvantumszámítógépek (e-mail, táblázatok és asztali publikálás, hogy néhány alkalmazást említsünk). A kvantumszámítógépek célja, hogy különböző problémák megoldásának más eszközei legyenek, nem pedig a klasszikus számítógépek helyettesítése. Tehát igen, a belátható jövőben továbbra is lesznek számítógépes rendszereink, ahogyan ismerjük, vagy annak egy olyan változata, amelyet jelenleg ismerünk.

7. A mainstream megközelítése

A kvantumtechnológiai áttörések továbbra is felgyorsulnak, a befektetések áramlanak, és a kvantumszámítási térben folyamatosan szaporodnak az induló vállalkozások. A nagy technológiai cégek, mint például az Alibaba, az Amazon, az IBM, a Google és a Microsoft már elindítottak kereskedelmi kvantumszámítási felhőszolgáltatásokat.

Bár a kvantumszámítás mint fogalom az 1980-as évek eleje óta létezik, az első igazi bizonyíték arra, hogy a kvantumszámítógépek képesek kezelni a klasszikus számítógépekhez képest túl bonyolult problémákat, csak 2019 végén történt, amikor a Google bejelentette, hogy kvantumszámítógépe mindössze 200-ban oldotta meg ezt a számítást. másodpercig. A Goldman Sachs a közelmúltban bejelentette, hogy akár öt éven belül kvantumalgoritmusokat vezethet be a pénzügyi eszközök árazására. A Honeywell arra számít, hogy a kvantum 1 billió dolláros iparágat fog alkotni az elkövetkező évtizedekben.

A hullámzó tevékenység azt sugallja, hogy az informatikai igazgatóknak és más vezetőknek meg kell kezdeniük kvantumszámítási stratégiájuk kialakítását, különösen az olyan iparágakban, mint például a gyógyszeripar, ahol a hatás jelentős lenne.

8. Nem a sarkon van

Bár jelentős előrelépés történt a különböző kvantumszámítógép-rendszerek felépítése terén, közel sem állunk ahhoz, hogy minden szervezetben legyen ilyen – nemhogy minden háztartásban. A több száz millió dollárt gyűjtő kvantumszámítástechnikai startup cégektől eltekintve nem várható, hogy a következő öt évben a kvantumszámítástechnikai rendszerek mindennapi szabvánnyá váljanak. Ez a késés nagyrészt a továbbra is fennálló nehézségeknek tudható be, beleértve a kvantumszámítógépes rendszerek tervezésének, felépítésének és programozásának nehézségeit, beleértve a zajt, hibákat, a kvantumkoherencia elvesztését, és természetesen a kvantumszámítási rendszerekhez kapcsolódó magas árcédulát.

9. Félvezető chipek és tehetség szükséges

A világjárvány kulcsfontosságú változásokat hozott életünkben, ideértve az otthoni munkavégzés normalizálását, az ellátási lánc megszakításait és a gyanús pillantásokat mindenkire, aki az Ön közelében köhög. Kiemelte továbbá a félvezető chipek iránti nagy keresletet, de alacsony kínálatot. A technológiai eszközöktől a járművekig a megnövekedett kereslet jelentősen befolyásolta a fogyasztói árakat. A kvantumszámítógépek megjelenésével a kereslet csak tovább nő, ami ennek megfelelően befolyásolja a félvezetők elérhetőségét és költségeit. A hardverellátási korlátokon túlmenően még közel sem áll rendelkezésre elegendő erőforrás a kvantumszámítási rendszerek és általában a gazdasági ökoszisztéma támogatására.

10. Kapcsolódó kvantumszámítástechnikai fejlesztések

Az elmúlt években a számítástechnika két fő irányban fejlődött: áttörés a gépi tanulásban a tapasztalatok révén automatikusan javuló algoritmusok kifejlesztésére, valamint a kvantumszámítógépek kutatása, amelyek elméletileg minden szuperszámítógépnél erősebbnek bizonyulhatnak.

• Kvantum memrisztor. A tudósok elkészítették az első prototípust az a kvantummemrisztor, amely segíthet összehozni a két világ legjavát – a mesterséges intelligenciát a kvantumszámítástechnikával kombinálva példátlan képességek elérése érdekében.
• Skálázhatóság/kvantum egy chipen. Még mindig elképzel egy nagy helyiséget, amely tele van berendezésekkel, monitorokkal a tiszta minőség érdekében és elkötelezett személyzettel a hőmérséklet-szabályozáshoz, amikor a kvantumszámítástechnikára gondol? Nos, tegyen rá egy kis salsát, és adjon nekem egy italt, mert a legújabb fejlemények már megtették kvantumszámítás egy chipen. A munkát a cambridge-i székhelyű kvantumspecialista Riverlanes, a New York-i és a londoni székhelyű SEEQC digitális kvantumcéggel közösen végzett munkája vezette. A kvantumszámítási chip integrált operációs rendszerrel rendelkezik a munkafolyamat- és qubit-kezeléshez.

A számítástechnika ezen új hullámának eljövetelével az informatikai igazgatóknak és valamennyi iparági ágazat vezetőinek bizalmi kötelességük van, és egyedülálló lehetőségük van egy új, világot meghatározó technológia, a kvantumszámítástechnika ütemére.

Bár a kvantumszámítástechnika széles körben elterjedt alkalmazása és alkalmazása távolinak tűnhet, most van itt az ideje, hogy az MSP-k és más technológiai cégek elkezdjék oktatni magukat a technológia terén. Amikor az ügyfelek kezdenek többet hallani róla – és kérdéseket tesznek fel –, akkor készen kell állnia a válaszokra és az ügyfelei számára szabott tanácsokra.

(C) COMPTIA