Kdaj bodo kvantni računalniki končno prodrli na trg?

Ob tolikšnem razburjenju okoli kvantnega računalništva – vključno z a nov, 2.5 milijarde funtov vreden desetletje dolg program Združenega kraljestva – kako lahko poskušamo predvideti, kaj bo prinesla prihodnost? Za začetek je graf, ki ga je leta 1995 oblikoval Jackie Fenn, analitik ameriškega tehnološkega svetovalca Gartner Inc. Zdaj znan kot »Gartnerjev hype cikel«, prikazuje, kako se pričakovanja v zvezi z določeno tehnologijo razvijajo skozi čas. Ker sem sam preživel kar nekaj tehnoloških ciklov, lahko mirno rečem, da je graf precej natančen.

Vedno začnemo s »tehnološkim sprožilcem«, ko vsi opazijo, da se dogaja nekaj velikega. Obresti strmo narastejo in denar začne pritekati. Navdušenje narašča, dokler ne dosežemo »vrha napihnjenih pričakovanj«. Nato začne zanimanje upadati, dokler ne dosežemo "korita razočaranja", ko ljudje spoznajo, da so stvari težje in zapletenejše, kot so si predstavljali. Kasneje se dejavnost ponovno dvigne prek »pobočja razsvetljenja«, dokler ne dosežemo »platoja produktivnosti«, kjer podjetja – končno – spoznajo, kaj deluje, in vedo, kaj kupci želijo.

Kar nam Gartnerjev hype cikel pove, je, da bo v kvantnem računalništvu veliko zmagovalcev, a tudi veliko poražencev. Nekaterim podjetjem bo zmanjkalo denarja, ker so sledila pristopom, ki jih ni mogoče povečati, ko se trg širi, ali zaradi slabe izvedbe, slabega časa ali napak pri upravljanju. Trenutno pa gre veliko denarja v kvantno računalništvo, s ocene iz Quantum Insider leta 3.2 znaša številka 2022 milijarde funtov.

Nekatera podjetja celo prejemajo naročila izdelkov. Vključujejo Univerzalni kvant, ki ima vrečko pogodbo v vrednosti 67 milijonov evrov z nemškim vesoljskim centrom. Obstaja tudi Računalništvo ORCA, ki je zmagala nagrado za ustanovitev podjetja z Inštituta za fiziko leta 2020 in ima zdaj naročilo za svojo napravo ORCA PT-1 od Ministrstva za obrambo Združenega kraljestva in drugih od Izraelskega centra za kvantno računalništvo. Stroj ORCA je prvi te vrste, ki lahko deluje pri sobni temperaturi.

Številne potencialne stranke ne bodo razumele prednosti kvantnih računalnikov, dokler ne bodo videle, da delujoči sistemi rešujejo njihove težave

A kot je upravičeno poudaril šef ORCA Richard Murray v nedavno Forbes članek, je izziv ugotoviti, za kaj bi lahko najbolje uporabili kvantne računalnike. Kot pri vsaki novi tehnologiji ni enostavnega odgovora, saj številne potencialne stranke ne razumejo prednosti, dokler ne vidijo, da delujoči sistemi rešujejo njihove težave. Lahko pa rečemo, da bodo kvantni računalniki še posebej dobri pri reševanju določenih problemov, ki jih klasični računalniki težko ali celo nemogoče rešijo.

Ena najbolj znanih aplikacij je Shorjev algoritem, ki lahko faktorizira velika števila eksponentno hitreje kot klasični algoritmi. Ameriški nacionalni inštitut za standarde in tehnologijo (NIST) je namreč že izjavil, da bodo kvantni računalniki do leta 2029 lahko zlomili obstoječo infrastrukturo javnih ključev, kot je 128-bitno šifriranje AES, ki se trenutno uporablja za zaščito občutljivih informacij, poslanih prek interneta.

Ta aplikacija spodbuja trg in spodbuja potrebo po velikih strojih 10,000 kvantnih bitov (qubits) ali več. Večinoma se bodo uporabljali za obveščevalne operacije za dešifriranje podatkov, ki so bili shranjeni z relativno nizkimi količinami šifriranja (čeprav bodo ironično taki podatki verjetno stari in ne tako dragoceni). Če torej kvantni računalniki postanejo resničnost, bo njihova zmožnost vdiranja šifrirnih algoritmov ogrozila varnost interneta in škodovala globalni varnosti.

To je problem, ki ga priznavajo številne vlade in organizacije, vključno z sam NIST, ki je začela program za razvoj novih »postkvantnih« kriptografskih standardov ki bo odporen na napade kvantnih računalnikov. Ti novi standardi bodo zasnovani tako, da bodo varni, tudi če ima napadalec kvantni računalnik.

Naj deluje

Zmogljivi, stroškovno učinkoviti kvantni računalniki bodo odlični tudi pri uporabi posebnih algoritmov za reševanje kompleksnih problemov »optimizacije«, kot so razporejanje, usmerjanje in logistika. Te vključujejo iskanje optimalne rešitve med številnimi možnostmi – najbolj znana je “Problem potujočega trgovca”, ki zahteva iskanje najkrajše možne poti med različnimi mesti, tako da se vsako obišče vsaj enkrat, preden se vrne domov. Podjetja, kot so Amazon, Fedex in UPS, ki se osredotočajo na dostavo in logistiko, bodo zagotovo želela vstopiti v kvantno tehnologijo.

Druga vznemirljiva aplikacija bi vključevala simulacijo kvantnih sistemov, kar je težko narediti s klasično napravo. Kvantni računalniki bi bili torej popolni za kvantno kemijo, ki vključuje simulacijo obnašanja molekul in kemičnih reakcij. Lahko si predstavljam ogromen potencialni trg za farmacevtska podjetja, ki razvijajo nova zdravila, proizvajalce, ki izdelujejo nove vrste baterij, ali podjetja, ki ustvarjajo nove materiale.

Potem je tu strojno učenje in umetna inteligenca (AI). Kvantni računalniki bi morali biti sposobni izboljšati algoritme strojnega učenja – potencialno precej dramatično – z zagotavljanjem hitrejših in učinkovitejših optimizacijskih rutin ali z raziskovanjem novih modelov in arhitektur. To bi lahko bil ogromen nov trg, vendar bo odvisen od sektorja kvantne tehnologije, ki bo gradil praktične, obsežne kvantne računalnike ter razvijal algoritme in aplikacije, ki lahko izkoristijo njihove edinstvene zmogljivosti.

Demokratizacija kvantnega ekosistema: Microsoftova Krysta Svore na poti do razširljivega kvantnega računalnika

Pravzaprav je na ravni kvantne strojne opreme v igri veliko pristopov. Kot sem omenil, podjetja, kot so Google, IBM, Orca, Rigetti in Universal Quantum, že razvijajo kvantne procesorje z vse večjim številom kubitov. Bilo je veliko raziskav o razvoju novih vrst kubitov, kot so topološki kubiti, ki so bolj odporni na hrup in napake. Vendar ni jasno, ali bodo zmagali ali pa bodo prevladali superprevodni kubiti, ionske pasti, silicijevi ali optični kubiti.

Prav tako bomo morali razviti operacijske sisteme za vse te možnosti strojne opreme, medtem ko bo treba zgraditi in preizkusiti tudi algoritme. Pravzaprav bodo trajala leta – če ne desetletja – preden bodo potencialne stranke lahko v celoti razumele stroške in koristi kvantnih računalnikov. Zakaj bi porabili denar za nov kvantni računalnik, če lahko klasičen računalnik enako dobro opravi delo?

Negotovost v zvezi s kvantnimi računalniki bo izginila šele, ko bo nekdo začel prodajati razširljivo, cenovno dostopno strojno platformo z 10,000 kubiti ali več

Seveda bo na trg prišlo nekaj zgodnjih aplikacij kvantnih računalnikov, vendar bo negotovost v zvezi s temi stroji izginila šele, ko bo nekdo začel prodajati razširljivo, cenovno dostopno strojno platformo z 10,000 kubiti ali več. Takrat se bo kvantno računalništvo razmahnilo in prepričani bomo, za kaj so dobri. Fiziki so morda navdušeni nad vsemi kvantnimi stvarmi, toda kdo bo ugibal, kdaj bo dosegel to "plato produktivnosti".

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/when-will-quantum-computers-finally-break-into-the-market/