Calcularea cuantică și inteligența artificială: 10 lucruri pe care ar trebui să le știi

În ultimii ani, tehnologiile emergente au devenit proeminente. Dintre acestea, calculul cuantic are un potențial singular de a ne schimba cel mai mult lumea. Calculul cuantic a arătat dovezi promițătoare pentru a accelera calculele euristice într-o manieră incredibilă. Astfel, aplicarea calculului cuantic în cadrul unor soluții complexe pentru a aborda problemele în descoperirea de produse farmaceutice și materiale, finanțe, aplicații pentru vehicule autonome, inteligență artificială și alte domenii va avea un impact semnificativ asupra vieții noastre. În special, calculul cuantic are potențialul de a mări efectele (atât pozitive, cât și negative) ale multor aplicații AI.

---

„Cred că AI poate accelera calculul cuantic, iar calculul cuantic poate accelera AI.”

– CEO-ul Google, Sundar Pichai

---

Pe măsură ce organizațiile lucrează pentru a deveni mai digitale, este esențial să ținem cont de transformările tehnologice viitoare pentru o planificare și o strategie mai bune. Datorită acestor progrese tehnologice, companiile pot obține câștiguri reale din calculul cuantic. Având în vedere acest lucru, haideți să explorăm 10 lucruri de care ar trebui să fiți conștienți atunci când vine vorba de lumile calculului cuantic și AI.

1. Principalele caracteristici ale calculului cuantic

În așa-numitele computere clasice, biții sunt programați ca unități de date cu valori posibile de unu și zero. În calculatoarele cuantice, unitățile de date sunt programate cu biți cuantici -qubiti-care poate reprezenta un unu, un zero sau o combinație între zero și unu în același timp.

O analogie bună este un comutator de lumină, care în computerele clasice poate avea o poziție pornit sau oprit. Cu qubiții în computerele cuantice, comutatorul poate avea orice spectru de poziții de la pornit până la oprit în același timp. Capacitatea fizică a qubiților aduce la îndeplinire cele două caracteristici principale ale calculului cuantic.

• Suprapunere. Aceasta se referă la capacitatea qubiților de a fi atât porniți, cât și opriți în același timp, sau undeva pe un spectru între cei doi. Această incertitudine și probabilitate incluse în unitatea de date face ca sistemul să fie puternic în rezolvarea anumitor tipuri de probleme.
• Încurcarea. Aceasta este capacitatea qubiților legați împreună de a afecta independența celuilalt, chiar dacă sunt separați fizic. Ca atare, dacă avem doi qubiți și poziția unuia este schimbată, celălalt este afectat chiar dacă qubiții sunt separați. Această caracteristică oferă o capacitate puternică de a muta informațiile la viteze incredibil de mari.

2. Mai repede și mai bine

Calculatoarele cuantice au patru capacități fundamentale care le diferențiază de computerele clasice de astăzi:

• Factorizarea primă utilizând spații multidimensionale pentru a explora spații mari cu probleme și ar putea revoluționa criptarea.
• Optimizare prin rezolvarea problemelor mari/complexe cu o viteză fără precedent.
• Simulare, în care computerele cuantice modelează eficient probleme complexe.
• Inteligență artificială cuantică cu algoritmi mai buni, mai rapidi și mai precisi. Echipa de cercetare cuantică a IBM a descoperit că încurcarea qubiților pe computerul cuantic care a desfășurat un experiment de clasificare a datelor a redus rata de eroare la jumătate în comparație cu qubiții neîncurcați.

Aplicațiile în afaceri vor aborda probleme complexe. De exemplu:

• Dezvoltarea farmaceutică necesită modelarea moleculelor de substanțe, care este notoriu de dificilă, deoarece atomii din molecule interacționează cu alți atomi în moduri complexe. Proprietatea de moștenire a computerelor cuantice se pretează destul de bine aici.
• Folosirea IA cuantică pentru a accelera timpul și precizia sistemelor de antrenament, cum ar fi cele din vehiculele autonome.

De la servicii financiare, produse farmaceutice și medicale, asistență medicală, energie, telecomunicații, mass-media, călătorii, logistică și asigurări pentru a numi câteva, există o serie de industrii care toate vor beneficia semnificativ de calculul cuantic.

3. Amplificator de polarizare

Efectul de amplificare al calculului cuantic depășește viteza și precizia. De asemenea, evidențiază părtinirea integrată care există în modelele AI/ML. Ca atare, aplicațiile care sunt vulnerabile la prejudecăți algoritmice (de exemplu, în spațiul de screening de angajare, poliție etc.) pot deveni și mai mult. Cu alte cuvinte, calculul cuantic poate avea un efect secundar negativ de mărire care ar putea face astfel de aplicații prea riscante pentru a fi utilizate în absența controalelor speciale de atenuare. Acesta este un efect nedorit pe care oricine lucrează cu AI/computing cuantic trebuie să îl recunoască și să țină seama în soluțiile lor.

4. Complexitate algoritmică crescută, transparență și explicabilitate

O problemă de bază actuală cu AI este lipsa de transparență și explicabilitate, mai ales atunci când algoritmi complecși, cum ar fi învățarea profundă, sunt folosiți. Dacă un sistem de inteligență artificială este utilizat pentru decizii care au un impact direct asupra vieților, cum ar fi deciziile din sala de judecată, beneficiile sociale pentru comunități sau chiar pentru a decide cine primește un împrumut și cu ce rată, este esențial esențial ca decizia să poată fi legată de fapte tangibile care sunt nediscriminatorii în practică.

De înțeles, calculul cuantic pe astfel de sisteme AI crește complexitatea care se corelează negativ cu transparența și explicabilitatea.

5. Un nou standard criptografic

Un dezavantaj cheie al acestei tehnologii minunate este capacitatea sa de a sparge multe dintre apărările folosite pentru a securiza internetul și alte aplicații critice. Calculul cuantic reprezintă o amenințare serioasă pentru sistemele de securitate cibernetică pe care se bazează aproape fiecare companie. Cele mai multe dintre parolele de cont online și tranzacțiile și comunicațiile securizate de astăzi sunt protejate prin algoritmi de criptare precum RSA sau SSL/TLS. Standardul actual se bazează pe complexitatea factorizării numerelor mari în numere prime. Cu toate acestea, acesta este un tip de problemă că computerele cuantice sunt excelente la rezolvare. Încălcarea unei parole cu standardele noastre actuale ar dura 100 de ani unui computer clasic, dar poate fi realizată în câteva secunde cu un computer cuantic. Acest impact depășește parolele contului personal - include dezvăluirea comunicațiilor private, a datelor companiei și chiar a secretelor militare. Pentru a contracara acest lucru, Institutul Național de Standarde și Tehnologie din SUA (NIST) conduce un efort global de a găsi algoritmi de criptografie post-cuantică care să fie rapid și de încredere. Dustin Moody, un matematician NIST care lucrează la efort, a spus la o întâlnire de criptografie IBM, „Sperăm să avem versiunea finală complet gata și publicată în jurul anului 2024.”

6. Nu este un înlocuitor pentru computerele actuale

Calculatoarele clasice sunt mai bune la anumite sarcini decât computerele cuantice (e-mail, foi de calcul și publicare desktop pentru a numi câteva aplicații). Intenția calculatoarelor cuantice este de a fi un instrument diferit pentru a rezolva diferite probleme, nu de a înlocui computerele clasice. Deci, da, vom avea în continuare sisteme informatice așa cum le cunoaștem, sau o versiune a acesteia așa cum o cunoaștem în prezent, în viitorul apropiat.

7. Abordarea mainstreamului

Descoperirile tehnologice cuantice continuă să se accelereze, investițiile curg, iar startup-urile din spațiul de calcul cuantic continuă să se înmulțească. Marile companii tehnologice precum Alibaba, Amazon, IBM, Google și Microsoft au lansat deja servicii cloud comerciale de calcul cuantic.

Deși conceptul de calcul cuantic există încă de la începutul anilor 1980, prima dovadă reală că computerele cuantice ar putea face față unor probleme prea complicate pentru computerele clasice a avut loc abia la sfârșitul anului 2019, când Google a anunțat că computerul său cuantic a rezolvat un astfel de calcul în doar 200. secunde. Goldman Sachs a anunțat recent că ar putea introduce algoritmi cuantici pentru a stabili prețul instrumentelor financiare în termen de cinci ani. Honeywell anticipează că quantum va forma o industrie de un trilion de dolari în deceniile următoare.

Fluxul de activitate sugerează că CIO și alți lideri ar trebui să înceapă să-și formuleze strategiile de calcul cuantic, în special în industrii, cum ar fi cea farmaceutică, unde impactul ar fi semnificativ.

8. Nu este chiar după colț

Deși s-au făcut progrese semnificative în construirea diferitelor sisteme de calcul cuantic, nu suntem aproape de a avea unul în fiecare organizație – cu atât mai puțin în fiecare gospodărie. Îndepărtând startup-urile de calcul cuantic care au strâns sute de milioane de dolari, nu există așteptări ca sistemele de calcul cuantic să devină un standard de zi cu zi în următorii cinci ani. Această întârziere se datorează în mare măsură dificultăților care încă persistă, inclusiv dificultățile de a proiecta, construi și programa sisteme de calcul cuantic, inclusiv zgomot, defecțiuni, pierderea coerenței cuantice și, desigur, prețul ridicat asociat sistemelor de calcul cuantic.

9. Cipurile semiconductoare și talentul necesar

Pandemia a adus schimbări esențiale în modul în care trăim, inclusiv normalizarea muncii de la domiciliu, întreruperi ale lanțului de aprovizionare și priviri suspecte pentru oricine tușește lângă tine. De asemenea, a evidențiat cererea mare, dar oferta scăzută de cipuri semiconductoare. De la dispozitive tehnologice la vehicule, cererea crescută a avut un impact semnificativ asupra prețurilor de consum. Odată cu apariția computerelor cuantice, cererea va crește și mai mult, impactând în mod corespunzător disponibilitatea și costul semiconductorilor. Dincolo de limitările aprovizionării cu hardware, nu există încă suficiente resurse pregătite pentru a sprijini sistemele de calcul cuantic și ecosistemul economic în general.

10. Avansuri legate de calculul cuantic

În ultimii ani, calculul a progresat în două moduri majore: descoperiri în învățarea automată pentru a dezvolta algoritmi care se îmbunătățesc automat prin experiență și cercetarea computerelor cuantice care se pot dovedi teoretic mai puternice decât orice supercomputer.

• memristor cuantic. Oamenii de știință au creat primul prototip al unui dispozitiv cunoscut sub numele de a memristor cuantic, care ar putea contribui la reunirea celor mai bune din ambele lumi — combinând inteligența artificială cu calculul cuantic pentru capacități fără precedent.
• Scalabilitate/Quantum pe un cip. Îți mai imaginezi o cameră mare plină cu instrumente de echipamente, monitoare pentru o calitate curată și personal dedicat pentru controlul temperaturii atunci când te gândești la calculul cuantic? Ei bine, pune niște salsa pe ea și dă-mi o băutură pentru că evoluțiile recente au acum calcul cuantic pe un cip. Lucrarea a fost condusă de munca specialistului cuantic Riverlanes din Cambridge cu compania cuantică digitală SEEQC din New York și Londra. Cipul de calcul cuantic are un sistem de operare integrat pentru gestionarea fluxului de lucru și a qubitului.

Odată cu apariția acestui nou val de calcul, CIO și liderii din toate verticalele industriei au o datorie fiduciară și o oportunitate unică de a-și ține degetele la curent cu o nouă tehnologie care definește lumea, care este calculul cuantic.

În timp ce adoptarea pe scară largă și aplicațiile pentru calculul cuantic pot părea departe, acum este momentul ca MSP-urile și alte companii tehnologice să înceapă să se educe cu privire la tehnologie. Când clienții încep să audă mai multe despre asta și să pună întrebări, vrei să fii pregătit cu răspunsuri și consiliere cu privire la direcția potrivită pentru clientul tău.

(C) COMPTIA