Квантовые вычисления и искусственный интеллект: 10 вещей, которые вы должны знать

В последние годы новые технологии стали заметными. Среди них квантовые вычисления обладают уникальным потенциалом больше всего изменить наш мир. Квантовые вычисления продемонстрировали многообещающие доказательства невероятного ускорения эвристических вычислений. Таким образом, применение квантовых вычислений в комплексных решениях для решения проблем в фармацевтике и открытии материалов, финансах, приложениях для автономных транспортных средств, искусственном интеллекте и других областях окажет существенное влияние на нашу жизнь. В частности, квантовые вычисления потенциально могут усилить эффекты (как положительные, так и отрицательные) многих приложений ИИ.

---

«Я думаю, что ИИ может ускорить квантовые вычисления, а квантовые вычисления могут ускорить ИИ».

– Генеральный директор Google Сундар Пичаи

---

Поскольку организации работают над тем, чтобы стать более цифровыми, учет предстоящих технологических преобразований имеет решающее значение для лучшего планирования и стратегии. Благодаря этим технологическим достижениям компании могут получить реальную выгоду от квантовых вычислений. Имея это в виду, давайте рассмотрим 10 вещей, о которых вам следует знать, когда речь заходит о мире квантовых вычислений и искусственного интеллекта.

1. Основные характеристики квантовых вычислений.

В так называемых классических компьютерах биты программируются как единицы данных с возможными значениями, равными единицам и нулям. В квантовых компьютерах единицы данных запрограммированы квантовыми битами.кубиты-который может представлять единицу, ноль или комбинацию нуля и единицы одновременно.

Хорошей аналогией является выключатель света, который в классических компьютерах может находиться в положении «включено» или «выключено». Благодаря кубитам в квантовых компьютерах переключатель может одновременно иметь любой спектр положений: от включенного до выключенного. Физические возможности кубитов учитывают две основные характеристики квантовых вычислений.

• суперпозиция. Это относится к способности кубитов быть включенными и выключенными одновременно или где-то в диапазоне между ними. Эта неопределенность и вероятность, заложенные в блок данных, делают систему мощной в решении определенных типов проблем.
• Запутанность. Это способность связанных вместе кубитов влиять на независимость друг друга, даже если они физически разделены. Таким образом, если у нас есть два кубита и позиция одного из них изменена, это повлияет на другой, даже если кубиты разделены. Эта характеристика обеспечивает мощную возможность перемещения информации на невероятно высоких скоростях.

2. Быстрее и лучше

Квантовые компьютеры обладают четырьмя фундаментальными возможностями, которые отличают их от сегодняшних классических компьютеров:

• Простая факторизация, использующая многомерные пространства для исследования больших проблемных пространств, может произвести революцию в шифровании.
• Оптимизация за счет решения больших/сложных проблем с беспрецедентной скоростью.
• Моделирование, при котором квантовые компьютеры эффективно моделируют сложные проблемы.
• Квантовый искусственный интеллект с лучшими алгоритмами, более быстрыми и точными. Группа квантовых исследований IBM обнаружила, что запутанные кубиты на квантовом компьютере, который проводил эксперимент по классификации данных, сокращают частоту ошибок вдвое по сравнению с распутанными кубитами.

Приложения в бизнесе будут решать сложные проблемы. Например:

• Фармацевтическая разработка требует моделирования молекул веществ, что, как известно, сложно, поскольку атомы в молекулах сложным образом взаимодействуют с другими атомами. Наследовать свойство запутанности квантовых компьютеров здесь весьма хорошо.
• Использование квантового искусственного интеллекта для ускорения времени и повышения точности систем обучения, например, в автономных транспортных средствах.

Финансовые услуги, фармацевтика и медицинская продукция, здравоохранение, энергетика, телекоммуникации, средства массовой информации, путешествия, логистика и страхование — это лишь некоторые отрасли, которые получат значительную выгоду от квантовых вычислений.

3. Усилитель смещения

Усиливающий эффект квантовых вычислений выходит за рамки скорости и точности. Это также подчеркивает заложенную предвзятость, существующую в моделях AI/ML. Таким образом, приложения, уязвимые к алгоритмической предвзятости (например, в области проверки занятости, полиции и т. д.), могут стать еще более уязвимыми. Другими словами, квантовые вычисления могут иметь усиливающийся негативный побочный эффект, который может сделать такие приложения слишком рискованными для использования при отсутствии специальных средств смягчения последствий. Это непреднамеренный эффект, который каждый, кто работает с ИИ/квантовыми вычислениями, должен признать и учесть в своих решениях.

4. Повышенная алгоритмическая сложность, прозрачность и объяснимость

Текущей основной проблемой ИИ является отсутствие прозрачности и объяснимости, особенно когда используются сложные алгоритмы, такие как глубокое обучение. Если система искусственного интеллекта используется для принятия решений, которые напрямую влияют на жизнь людей, таких как решения в зале суда, социальные выплаты сообществам или даже принятие решения о том, кто получит кредит и по какой ставке, принципиально важно, чтобы это решение могло быть связано с осязаемыми фактами, которые на практике не являются дискриминационными.

Понятно, что квантовые вычисления в таких системах искусственного интеллекта увеличивают сложность, что отрицательно коррелирует с прозрачностью и объяснимостью.

5. Новый криптографический стандарт

Ключевым недостатком этой замечательной технологии является ее способность взломать многие средства защиты, используемые для защиты Интернета и других критически важных приложений. Квантовые вычисления представляют серьезную угрозу для систем кибербезопасности, на которые опирается практически каждая компания. Большинство современных паролей онлайн-аккаунтов, а также безопасных транзакций и коммуникаций защищены с помощью алгоритмов шифрования, таких как RSA или SSL/TLS. Текущий стандарт основан на сложности разложения больших чисел на простые числа. Однако именно этот тип проблем квантовые компьютеры прекрасно решают. Взлом пароля по нашим нынешним стандартам занял бы у классического компьютера 100 лет, но с помощью квантового компьютера это можно сделать за считанные секунды. Это воздействие выходит за рамки паролей к личным учетным записям — оно включает в себя раскрытие частной переписки, данных компании и даже военных секретов. Чтобы противостоять этому, Национальный институт стандартов и технологий США (NIST) возглавляет глобальные усилия по поиску алгоритмов постквантовой криптографии, которые будут быстрыми и надежными. Дастин Муди, математик NIST, работающий над этим проектом, сказал на конференции IBM по криптографии«Мы надеемся, что окончательная версия будет полностью готова и опубликована примерно в 2024 году».

6. Не является заменой современных компьютеров.

Классические компьютеры лучше справляются с некоторыми задачами, чем квантовые компьютеры (электронная почта, электронные таблицы и настольные издательские системы, и это лишь некоторые из приложений). Цель квантовых компьютеров — стать другим инструментом для решения различных проблем, а не заменить классические компьютеры. Так что да, в обозримом будущем у нас все еще будут компьютерные системы в том виде, в каком мы их знаем, или их версия, известная нам сейчас.

7. Приближение к мейнстриму

Прорывы в квантовых технологиях продолжают ускоряться, инвестиции притекают, а стартапы в области квантовых вычислений продолжают множиться. Крупные технологические компании, такие как Alibaba, Amazon, IBM, Google и Microsoft, уже запустили коммерческие облачные сервисы квантовых вычислений.

Хотя квантовые вычисления как концепция существуют с начала 1980-х годов, первое реальное доказательство того, что квантовые компьютеры могут решать проблемы, слишком сложные для классических компьютеров, произошло только в конце 2019 года, когда Google объявил, что их квантовый компьютер решил такое вычисление всего за 200 лет. секунды. Goldman Sachs недавно объявил, что может внедрить квантовые алгоритмы для оценки финансовых инструментов уже через пять лет. Honeywell ожидает, что в ближайшие десятилетия квантовая индустрия сформирует индустрию с оборотом в 1 триллион долларов.

Такая бурная деятельность предполагает, что ИТ-директорам и другим лидерам следует начать формулировать свои стратегии в области квантовых вычислений, особенно в таких отраслях, как фармацевтика, где влияние будет значительным.

8. Это не за углом

Хотя в создании различных систем квантовых вычислений достигнут значительный прогресс, мы не близки к тому, чтобы иметь одну систему в каждой организации, не говоря уже о каждом доме. Вопреки стартапам в области квантовых вычислений, которые собрали сотни миллионов долларов, нет никаких ожиданий, что системы квантовых вычислений станут повседневным стандартом в ближайшие пять лет. Эта задержка во многом связана с трудностями, которые все еще сохраняются, включая трудности с проектированием, созданием и программированием систем квантовых вычислений, включая шум, сбои, потерю квантовой когерентности и, конечно же, высокую цену, связанную с системами квантовых вычислений.

9. Полупроводниковые чипы и нужны таланты

Пандемия привела к ключевым изменениям в нашем образе жизни, включая нормализацию работы на дому, сбои в цепочках поставок и подозрительные взгляды на всех, кто кашляет рядом с вами. Это также подчеркнуло высокий спрос, но низкое предложение полупроводниковых чипов. От технологических устройств до транспортных средств, возросший спрос существенно повлиял на потребительские цены. С появлением квантовых компьютеров спрос будет только расти, что соответственно повлияет на доступность и стоимость полупроводников. Помимо ограничений на поставку оборудования, еще недостаточно ресурсов, подготовленных для поддержки систем квантовых вычислений и экономической экосистемы в целом.

10. Сопутствующие достижения в области квантовых вычислений

В последние годы вычислительная техника развивалась по двум основным направлениям: прорывы в машинном обучении для разработки алгоритмов, которые автоматически улучшаются на основе опыта, и исследования квантовых компьютеров, которые теоретически могут оказаться более мощными, чем любой суперкомпьютер.

• Квантовый мемристор. Ученые создали первый прототип устройства, известного как квантовый мемристор, который может помочь объединить лучшее из обоих этих миров — сочетание искусственного интеллекта с квантовыми вычислениями для достижения беспрецедентных возможностей.
• Масштабируемость/квант на кристалле. Думая о квантовых вычислениях, вы все еще представляете себе большую комнату, наполненную хитрым оборудованием, мониторами для обеспечения чистоты и преданным своему делу персоналом для контроля температуры? Что ж, добавьте немного сальсы и дайте мне выпить, потому что последние события теперь квантовые вычисления на чипе. Работу возглавил специалист по квантовым технологиям из Кембриджа Риверлейнс, работающий с нью-йоркской и лондонской цифровой квантовой компанией SEEQC. Чип квантовых вычислений имеет интегрированную операционную систему для управления рабочими процессами и кубитами.

С появлением новой волны компьютерных технологий у ИТ-директоров и лидеров всех отраслей промышленности появилась фидуциарная обязанность и уникальная возможность держать руку на пульсе новой определяющей мир технологии — квантовых вычислений.

Хотя широкое внедрение и применение квантовых вычислений может показаться далеким, сейчас настало время для MSP и других технологических компаний начать изучать эту технологию. Когда клиенты начинают больше слышать об этом и задавать вопросы, вы должны быть готовы к ответам и рекомендациям в правильном направлении, адаптированным для вашего клиента.

(С) КОМПТИЯ