Obliczenia kwantowe i sztuczna inteligencja: 10 rzeczy, które powinieneś wiedzieć

W ostatnich latach na znaczeniu zyskały nowe technologie. Spośród nich obliczenia kwantowe mają wyjątkowy potencjał, aby najbardziej zmienić nasz świat. Obliczenia kwantowe dostarczyły obiecujących dowodów na to, że w niesamowity sposób przyspieszają obliczenia heurystyczne. Zatem zastosowanie obliczeń kwantowych w złożonych rozwiązaniach do rozwiązywania problemów w odkrywaniu leków i materiałów, finansach, zastosowaniach pojazdów autonomicznych, sztucznej inteligencji i innych obszarach będzie miało znaczący wpływ na nasze życie. W szczególności obliczenia kwantowe mogą potencjalnie spotęgować skutki (zarówno pozytywne, jak i negatywne) wielu zastosowań sztucznej inteligencji.

---

„Myślę, że sztuczna inteligencja może przyspieszyć obliczenia kwantowe, a obliczenia kwantowe mogą przyspieszyć sztuczną inteligencję”.

– Dyrektor generalny Google Sundar Pichai

---

W miarę jak organizacje dążą do tego, by stać się bardziej cyfrowymi, pamiętanie o nadchodzących transformacjach technologicznych ma kluczowe znaczenie dla lepszego planowania i strategii. Dzięki tym postępom technologicznym firmy mogą czerpać realne korzyści z obliczeń kwantowych. Mając to na uwadze, przyjrzyjmy się 10 rzeczom, o których powinieneś wiedzieć, jeśli chodzi o światy komputerów kwantowych i sztucznej inteligencji.

1. Główna charakterystyka obliczeń kwantowych

W tak zwanych komputerach klasycznych bity programuje się jako jednostki danych z możliwymi wartościami jedynek i zer. W komputerach kwantowych jednostki danych są programowane za pomocą bitów kwantowych —kubity-który może reprezentować jedynkę, zero lub kombinację zera i jedynki w tym samym czasie.

Dobrą analogią jest włącznik światła, który w klasycznych komputerach może mieć pozycję włączoną lub wyłączoną. W przypadku kubitów w komputerach kwantowych przełącznik może mieć dowolne spektrum pozycji od włączenia do wyłączenia w tym samym czasie. Fizyczne możliwości kubitów uwzględniają dwie główne cechy obliczeń kwantowych.

• Nałożenie. Odnosi się to do zdolności kubitów do jednoczesnego włączania i wyłączania lub gdzieś w widmie pomiędzy nimi. Ta niepewność i prawdopodobieństwo zapisane w jednostce danych sprawiają, że system jest potężny w rozwiązywaniu niektórych typów problemów.
• Splątanie. Jest to zdolność połączonych ze sobą kubitów do wpływania na wzajemną niezależność, nawet jeśli są fizycznie oddzielone. W związku z tym, jeśli mamy dwa kubity i pozycja jednego zostanie zmieniona, będzie to miało wpływ na drugi, nawet jeśli kubity zostaną rozdzielone. Ta cecha zapewnia potężną zdolność przenoszenia informacji z niewiarygodnie dużą szybkością.

2. Szybciej i lepiej

Komputery kwantowe mają cztery podstawowe możliwości, które odróżniają je od współczesnych klasycznych komputerów:

• Faktoryzacja liczb pierwszych wykorzystująca przestrzenie wielowymiarowe do badania dużych przestrzeni problematycznych może zrewolucjonizować szyfrowanie.
• Optymalizacja poprzez rozwiązywanie dużych/złożonych problemów z niespotykaną szybkością.
• Symulacja, w której komputery kwantowe skutecznie modelują złożone problemy.
• Kwantowa sztuczna inteligencja z lepszymi algorytmami, które są szybsze i dokładniejsze. Zespół IBM zajmujący się badaniami kwantowymi odkrył, że splątane kubity na komputerze kwantowym, na którym przeprowadzono eksperyment z klasyfikacją danych, zmniejszają poziom błędów o połowę w porównaniu z niesplątanymi kubitami.

Zastosowania w biznesie rozwiążą problemy, które są złożone. Na przykład:

• Rozwój farmaceutyczny wymaga modelowania cząsteczek substancji, co jest niezwykle trudne, ponieważ atomy w cząsteczkach oddziałują z innymi atomami w złożony sposób. Właściwość splątania dziedziczenia komputerów kwantowych sprawdza się tutaj całkiem dobrze.
• Wykorzystanie kwantowej sztucznej inteligencji do przyspieszenia czasu i zwiększenia dokładności systemów szkoleniowych, takich jak te w pojazdach autonomicznych.

Od usług finansowych, farmaceutyków i produktów medycznych, opieki zdrowotnej, energetyki, telekomunikacji, mediów, podróży, logistyki i ubezpieczeń, żeby wymienić tylko kilka – istnieje wiele branż, które odniosą znaczne korzyści z obliczeń kwantowych.

3. Wzmacniacz odchylenia

Wzmacniający efekt obliczeń kwantowych wykracza poza szybkość i dokładność. Podkreśla również ugruntowaną stronniczość istniejącą w modelach AI/ML. W związku z tym aplikacje podatne na błąd algorytmiczny (np. w przestrzeni kontroli zatrudnienia, w policji itp.) mogą stać się jeszcze bardziej podatne na błąd algorytmiczny. Innymi słowy, obliczenia kwantowe mogą mieć coraz bardziej negatywny efekt uboczny, który może sprawić, że takie aplikacje będą zbyt ryzykowne, aby można je było stosować bez specjalnych kontroli łagodzących. Jest to niezamierzony efekt, który każdy, kto zajmuje się sztuczną inteligencją/informatyką kwantową, musi rozpoznać i uwzględnić w swoich rozwiązaniach.

4. Zwiększona złożoność algorytmiczna, przejrzystość i wyjaśnialność

Obecnie głównym problemem związanym ze sztuczną inteligencją jest jej brak przejrzystości i możliwości wyjaśnienia, zwłaszcza w przypadku wykorzystania złożonych algorytmów, takich jak głębokie uczenie się. Jeżeli system sztucznej inteligencji jest wykorzystywany do podejmowania decyzji mających bezpośredni wpływ na życie, takich jak decyzje na sali sądowej, świadczenia społeczne dla społeczności, a nawet decydowanie o tym, kto otrzyma pożyczkę i na jaką kwotę, zasadnicze znaczenie ma, aby decyzję można było powiązać z namacalnymi faktami, które w praktyce nie są dyskryminujące.

Co zrozumiałe, obliczenia kwantowe w takich systemach sztucznej inteligencji zwiększają złożoność, co niekorzystnie koreluje z przejrzystością i wyjaśnialnością.

5. Nowy standard kryptograficzny

Kluczową wadą tej wspaniałej technologii jest jej zdolność do złamania wielu zabezpieczeń używanych do zabezpieczania Internetu i innych krytycznych aplikacji. Obliczenia kwantowe stanowią poważne zagrożenie dla systemów cyberbezpieczeństwa, na których opiera się praktycznie każda firma. Większość dzisiejszych haseł do kont online oraz bezpiecznych transakcji i komunikacji jest chroniona za pomocą algorytmów szyfrowania, takich jak RSA lub SSL/TLS. Obecny standard opiera się na złożoności rozkładania dużych liczb na czynniki pierwsze. Jest to jednak problem, który komputery kwantowe doskonale rozwiązują. Złamanie hasła przy naszych obecnych standardach zajęłoby klasycznemu komputerowi 100 lat, ale w przypadku komputera kwantowego można tego dokonać w ciągu kilku sekund. Wpływ ten wykracza poza hasła do kont osobistych — obejmuje ujawnienie prywatnej komunikacji, danych firmowych, a nawet tajemnic wojskowych. Aby temu przeciwdziałać, Amerykański Narodowy Instytut Standardów i Technologii (NIST) przewodzi globalnym wysiłkom mającym na celu znalezienie algorytmów kryptografii postkwantowej, które będą szybkie i godne zaufania. Dustin Moody, matematyk NIST pracujący nad tym zadaniem, powiedział na spotkaniu poświęconym kryptografii IBM„Mamy nadzieję, że ostateczna wersja będzie całkowicie gotowa i opublikowana około 2024 r.”.

6. Nie zastępuje obecnych komputerów

Klasyczne komputery radzą sobie lepiej z niektórymi zadaniami niż komputery kwantowe (e-mail, arkusze kalkulacyjne i DTP, żeby wymienić tylko kilka aplikacji). Zamiarem komputerów kwantowych jest to, aby były innym narzędziem do rozwiązywania różnych problemów, a nie zastępowały klasyczne komputery. Zatem tak, w dającej się przewidzieć przyszłości nadal będziemy mieć systemy komputerowe, jakie znamy, lub ich wersję, jaką znamy obecnie.

7. Zbliżanie się do głównego nurtu

Przełomy w technologii kwantowej stale przyspieszają, napływają inwestycje, a startupy w przestrzeni obliczeń kwantowych stale się mnożą. Duże firmy technologiczne, takie jak Alibaba, Amazon, IBM, Google i Microsoft uruchomiły już komercyjne usługi w chmurze obliczeniowej kwantowej.

Chociaż koncepcja obliczeń kwantowych istnieje od początku lat 1980. XX wieku, pierwszy prawdziwy dowód na to, że komputery kwantowe mogą poradzić sobie z problemami zbyt skomplikowanymi dla komputerów klasycznych, pojawił się dopiero pod koniec 2019 r., kiedy Google ogłosił, że jego komputer kwantowy rozwiązał takie obliczenia w zaledwie 200 sekundy. Goldman Sachs ogłosił niedawno, że może wprowadzić algorytmy kwantowe do wyceny instrumentów finansowych już za pięć lat. Honeywell przewiduje, że w nadchodzących dziesięcioleciach technologie kwantowe ukształtują przemysł o wartości 1 biliona dolarów.

Ogrom aktywności sugeruje, że dyrektorzy ds. IT i inni liderzy powinni zacząć formułować swoje strategie obliczeń kwantowych, szczególnie w branżach takich jak farmaceutyczna, gdzie wpływ byłby znaczący.

8. Nie jest tuż za rogiem

Chociaż poczyniono znaczne postępy w budowaniu różnych systemów obliczeń kwantowych, nie jesteśmy blisko posiadania jednego w każdej organizacji, a co dopiero w każdym gospodarstwie domowym. Zaprzeczając start-upom zajmującym się obliczeniami kwantowymi, które zebrały setki milionów dolarów, nie należy oczekiwać, że systemy obliczeń kwantowych staną się codziennym standardem w ciągu najbliższych pięciu lat. Opóźnienie to wynika w dużej mierze z nadal utrzymujących się trudności, w tym trudności w projektowaniu, budowie i programowaniu systemów obliczeń kwantowych, w tym szumu, usterek, utraty spójności kwantowej i oczywiście wysokiej ceny związanej z systemami obliczeń kwantowych.

9. Chipy półprzewodnikowe i potrzebny talent

Pandemia przyniosła kluczowe zmiany w naszym sposobie życia, w tym normalizację pracy w domu, zakłócenia w łańcuchu dostaw i podejrzliwe spojrzenia na każdego, kto kaszle w pobliżu. Podkreśliła również wysoki popyt, ale niską podaż chipów półprzewodnikowych. Od urządzeń technologicznych po pojazdy – zwiększony popyt znacząco wpłynął na ceny konsumenckie. Wraz z pojawieniem się komputerów kwantowych popyt będzie jeszcze bardziej rósł, co wpłynie odpowiednio na dostępność i koszt półprzewodników. Poza ograniczeniami w dostawie sprzętu nie ma jeszcze wystarczającej liczby przeszkolonych zasobów do obsługi systemów obliczeń kwantowych i całego ekosystemu gospodarczego.

10. Powiązane postępy w obliczeniach kwantowych

W ostatnich latach nastąpił postęp w informatyce na dwa główne sposoby — przełomy w uczeniu maszynowym w celu opracowania algorytmów, które poprawiają się automatycznie na podstawie doświadczenia, oraz badania nad komputerami kwantowymi, które teoretycznie mogą okazać się potężniejsze niż jakikolwiek superkomputer.

• Memrystor kwantowy. Naukowcy stworzyli pierwszy prototyp urządzenia znanego jako memrystor kwantowy, co może pomóc połączyć to, co najlepsze z obu tych światów — łącząc sztuczną inteligencję z obliczeniami kwantowymi w celu uzyskania niespotykanych dotąd możliwości.
• Skalowalność/kwantowość w chipie. Czy myśląc o obliczeniach kwantowych, nadal wyobrażasz sobie duże pomieszczenie wypełnione różnymi urządzeniami, monitorami zapewniającymi czystą jakość i oddanym personelem do kontroli temperatury? Cóż, dodaj do tego trochę salsy i podaj mi drinka, ponieważ ostatnio tak się stało obliczenia kwantowe na chipie. Prace zainicjowała współpraca firmy Riverlanes, specjalisty ds. kwantyzacji z Cambridge, z nowojorską i londyńską firmą SEEQC zajmującą się cyfrowymi kwantami. Kwantowy układ obliczeniowy ma zintegrowany system operacyjny do zarządzania przepływem pracy i kubitami.

Wraz z nadejściem nowej fali informatyki dyrektorzy ds. IT i liderzy wszystkich branż mają obowiązek powierniczy i wyjątkową okazję, aby trzymać rękę na pulsie nowej, definiującej świat technologii, jaką jest przetwarzanie kwantowe.

Choć powszechne przyjęcie i zastosowanie obliczeń kwantowych może wydawać się odległą przyszłością, nadszedł czas, aby dostawcy usług MSP i inne firmy technologiczne rozpoczęły kształcenie się w zakresie tej technologii. Kiedy klienci zaczną o tym więcej słyszeć i zadawać pytania, chcesz mieć gotowe odpowiedzi i porady dotyczące właściwego kierunku dostosowanego do potrzeb Twojego klienta.

(C) KOMPCJA