Computação quântica e inteligência artificial: 10 coisas que você deve saber

Nos últimos anos, as tecnologias emergentes tornaram-se proeminentes. Entre eles, a computação quântica tem um potencial singular para mudar ao máximo o nosso mundo. A computação quântica mostrou evidências promissoras para acelerar os cálculos heurísticos de uma maneira incrível. Assim, a aplicação da computação quântica em soluções complexas para resolver problemas na descoberta de produtos farmacêuticos e de materiais, finanças, aplicações de veículos autónomos, inteligência artificial e outras áreas terá um impacto significativo nas nossas vidas. Em particular, a computação quântica tem o potencial de ampliar os efeitos (positivos e negativos) de muitas aplicações de IA.

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“Acho que a IA pode acelerar a computação quântica e a computação quântica pode acelerar a IA.”

– CEO do Google, Sundar Pichai

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À medida que as organizações trabalham para se tornarem mais digitais, manter as próximas transformações tecnológicas em mente é fundamental para um melhor planejamento e estratégia. Graças a esses avanços tecnológicos, as empresas podem obter ganhos reais com a computação quântica. Com isso em mente, vamos explorar 10 coisas das quais você deve estar ciente quando se trata dos mundos da computação quântica e IA.

1. Principais características da computação quântica

Nos chamados computadores clássicos, os bits são programados como unidades de dados com possíveis valores de uns e zeros. Nos computadores quânticos, as unidades de dados são programadas com bits quânticos –qubits-que pode representar um, um zero ou uma combinação de zero e um ao mesmo tempo.

Uma boa analogia é um interruptor de luz, que nos computadores clássicos pode estar ligado ou desligado. Com qubits em computadores quânticos, o switch pode ter qualquer espectro de posições, desde ligado até desligado ao mesmo tempo. A capacidade física dos qubits traz à tona as duas características principais da computação quântica.

• Sobreposição. Isso se refere à capacidade dos qubits de estarem ligados e desligados ao mesmo tempo, ou em algum lugar em um espectro entre os dois. Essa incerteza e probabilidade incorporadas à unidade de dados tornam o sistema poderoso na resolução de certos tipos de problemas.
• Emaranhamento. Esta é a capacidade dos qubits ligados entre si de afetar a independência uns dos outros, mesmo que estejam fisicamente separados. Assim, se tivermos dois qubits e a posição de um for alterada, o outro será afetado mesmo que os qubits sejam separados. Essa característica confere uma poderosa capacidade de movimentação de informações em velocidades incrivelmente altas.

2. Mais rápido e melhor

Os computadores quânticos possuem quatro capacidades fundamentais que os diferenciam dos computadores clássicos de hoje:

• A fatoração primária aproveita espaços multidimensionais para explorar grandes espaços problemáticos e pode revolucionar a criptografia.
• Otimização resolvendo problemas grandes/complexos com velocidade sem precedentes.
• Simulação, na qual computadores quânticos modelam problemas complexos de forma eficaz.
• Inteligência artificial quântica com algoritmos melhores, mais rápidos e precisos. A equipe de pesquisa quântica da IBM descobriu que o emaranhamento de qubits no computador quântico que executou um experimento de classificação de dados reduziu a taxa de erro pela metade em comparação com os qubits desembaraçados.

As aplicações nos negócios abordarão problemas complexos. Por exemplo:

• O desenvolvimento farmacêutico requer modelagem de moléculas de substâncias que é notoriamente difícil porque os átomos nas moléculas interagem com outros átomos de maneiras complexas. A propriedade de emaranhamento herdado dos computadores quânticos se presta muito bem aqui.
• Aproveitar a IA quântica para acelerar o tempo e a precisão de sistemas de treinamento, como aqueles em veículos autônomos.

Desde serviços financeiros, produtos farmacêuticos e médicos, cuidados de saúde, energia, telecomunicações, meios de comunicação, viagens, logística e seguros, para citar alguns, há uma série de indústrias que irão beneficiar significativamente da computação quântica.

3. Amplificador de polarização

O efeito amplificador da computação quântica vai além da velocidade e da precisão. Ele também destaca o viés incorporado que existe nos modelos de IA/ML. Como tal, as aplicações que são vulneráveis ​​ao preconceito algorítmico (por exemplo, no espaço de triagem de emprego, policiamento, etc.) podem tornar-se ainda mais vulneráveis. Em outras palavras, a computação quântica pode ter um efeito colateral negativo crescente que pode tornar tais aplicações muito arriscadas para serem usadas na ausência de controles especiais de mitigação. Este é um efeito não intencional que qualquer pessoa que trabalhe com IA/computação quântica deve reconhecer e levar em conta em suas soluções.

4. Maior complexidade algorítmica, transparência e explicabilidade

Um problema central atual da IA ​​é a sua falta de transparência e explicabilidade, especialmente quando algoritmos complexos, como a aprendizagem profunda, são aproveitados. Se um sistema de IA estiver sendo utilizado para decisões que impactam diretamente vidas, como decisões judiciais, benefícios sociais para comunidades, ou mesmo decidir quem recebe um empréstimo e a que taxa, é fundamentalmente crítico que a decisão possa ser vinculada a fatos tangíveis que são não discriminatórios na prática.

Compreensivelmente, a computação quântica em tais sistemas de IA aumenta a complexidade que se correlaciona negativamente com a transparência e a explicabilidade.

5. Um novo padrão criptográfico

Uma das principais desvantagens desta maravilhosa tecnologia é a sua capacidade de quebrar muitas das defesas utilizadas para proteger a Internet e outras aplicações críticas. A computação quântica representa uma séria ameaça aos sistemas de segurança cibernética em que praticamente todas as empresas confiam. A maioria das senhas de contas online atuais e das transações e comunicações seguras são protegidas por algoritmos de criptografia como RSA ou SSL/TLS. O padrão atual depende da complexidade de fatorar grandes números em primos. No entanto, este é um tipo de problema que os computadores quânticos são ótimos para resolver. Quebrar uma senha com nossos padrões atuais levaria 100 anos para um computador clássico, mas pode ser feito em questão de segundos com um computador quântico. Este impacto vai além das senhas de contas pessoais – inclui revelar comunicações privadas, dados de empresas e até segredos militares. Para contrariar esta situação, o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos EUA (NIST) está a liderar um esforço global para encontrar algoritmos de criptografia pós-quântica que sejam rápidos e fiáveis. Dustin Moody, um matemático do NIST que trabalha no esforço, disse em uma reunião de criptografia da IBM, “Esperamos ter a versão final totalmente pronta e publicada por volta de 2024.”

6. Não é um substituto para os computadores atuais

Os computadores clássicos são melhores em algumas tarefas do que os computadores quânticos (e-mail, planilhas e editoração eletrônica, para citar alguns aplicativos). A intenção dos computadores quânticos é ser uma ferramenta diferente para resolver problemas diferentes, e não substituir os computadores clássicos. Então, sim, ainda teremos sistemas de computador como os conhecemos, ou uma versão deles como os conhecemos atualmente, num futuro próximo.

7. Aproximando-se do mainstream

Os avanços da tecnologia quântica continuam a acelerar, o investimento está fluindo e as startups no espaço da computação quântica continuam a se multiplicar. Grandes empresas de tecnologia como Alibaba, Amazon, IBM, Google e Microsoft já lançaram serviços comerciais de computação quântica em nuvem.

Embora a computação quântica como conceito exista desde o início da década de 1980, a primeira prova real de que os computadores quânticos poderiam lidar com problemas demasiado complicados para os computadores clássicos ocorreu apenas no final de 2019, quando o Google anunciou que o seu computador quântico tinha resolvido tal cálculo em apenas 200 anos. segundos. A Goldman Sachs anunciou recentemente que poderia introduzir algoritmos quânticos para precificar instrumentos financeiros em até cinco anos. A Honeywell prevê que a tecnologia quântica formará uma indústria de US$ 1 trilhão nas próximas décadas.

A agitação da actividade sugere que os CIOs e outros líderes devem começar a formular as suas estratégias de computação quântica, especialmente em indústrias, como a farmacêutica, onde o impacto seria significativo.

8. Não está ao virar da esquina

Embora tenham sido feitos progressos significativos na construção de diferentes sistemas de computação quântica, não estamos perto de ter um em todas as organizações – muito menos em todos os lares. Desmentindo as startups de computação quântica que arrecadaram centenas de milhões de dólares, não há expectativa de que os sistemas de computação quântica se tornem um padrão diário nos próximos cinco anos. Este atraso deve-se em grande parte às dificuldades que ainda persistem, incluindo as dificuldades de engenharia, construção e programação de sistemas de computação quântica, incluindo ruído, falhas, perda de coerência quântica e, claro, o elevado preço associado aos sistemas de computação quântica.

9. Chips semicondutores e talentos necessários

A pandemia trouxe mudanças importantes na maneira como vivemos, incluindo a normalização do trabalho em casa, interrupções na cadeia de abastecimento e olhares suspeitos para qualquer pessoa que tosse perto de você. Também destacou a alta demanda, mas a baixa oferta de chips semicondutores. Desde dispositivos tecnológicos até veículos, o aumento da procura teve um impacto significativo nos preços ao consumidor. Com o advento dos computadores quânticos, a demanda só aumentará ainda mais, impactando correspondentemente a disponibilidade e o custo dos semicondutores. Para além das limitações de fornecimento de hardware, ainda não existem recursos treinados suficientes para apoiar os sistemas de computação quântica e o ecossistema económico em geral.

10. Avanços relacionados à computação quântica

Nos últimos anos, assistimos ao avanço da computação de duas formas principais: avanços na aprendizagem automática para desenvolver algoritmos que melhoram automaticamente através da experiência e investigação em computadores quânticos que podem, teoricamente, revelar-se mais poderosos do que qualquer supercomputador.

• memristor quântico. Cientistas criaram o primeiro protótipo de um dispositivo conhecido como memristor quântico, o que poderá ajudar a reunir o melhor de ambos os mundos – combinando a inteligência artificial com a computação quântica para obter capacidades sem precedentes.
• Escalabilidade/Quantum em um Chip. Você ainda imagina uma grande sala repleta de engenhocas de equipamentos, monitores de qualidade limpa e pessoal dedicado ao controle de temperatura quando se pensa em computação quântica? Bem, coloque um pouco de salsa e me passe uma bebida, porque os desenvolvimentos recentes agora computação quântica em um chip. O trabalho foi liderado pelo trabalho do especialista quântico Riverlanes, com sede em Cambridge, com a empresa quântica digital SEEQC, com sede em Nova York e Londres. O chip de computação quântica possui um sistema operacional integrado para fluxo de trabalho e gerenciamento de qubit.

Com o advento desta nova onda de computação, os CIOs e líderes em todos os setores verticais da indústria têm um dever fiduciário e uma oportunidade única de manterem-se atualizados sobre uma nova tecnologia que define o mundo: a computação quântica.

Embora a adoção generalizada e as aplicações da computação quântica possam parecer muito distantes, agora é a hora de os MSPs e outras empresas de tecnologia começarem a se educar sobre a tecnologia. Quando os clientes começam a ouvir mais sobre isso - e a fazer perguntas - você quer estar pronto com as respostas e aconselhamento sobre a direção certa sob medida para o seu cliente.

(C) COMPTIA