Квантові обчислення та штучний інтелект: 10 речей, які варто знати

В останні роки новітні технології стали помітними. Серед них квантові обчислення мають унікальний потенціал найбільше змінити наш світ. Квантові обчислення продемонстрували багатообіцяючі докази неймовірного прискорення евристичних обчислень. Таким чином, застосування квантових обчислень у складних рішеннях для вирішення проблем у фармацевтиці та розробці матеріалів, фінансах, автономних транспортних засобах, штучному інтелекті та інших сферах матиме значний вплив на наше життя. Зокрема, квантові обчислення мають потенціал для посилення ефектів (як позитивних, так і негативних) багатьох застосувань ШІ.

---

«Я думаю, що ШІ може прискорити квантові обчислення, а квантові обчислення можуть прискорити ШІ».

– генеральний директор Google Сундар Пічаї

---

Оскільки організації працюють над тим, щоб стати більш цифровими, пам’ятати про майбутні технологічні трансформації є критично важливим для кращого планування та стратегії. Завдяки цьому технологічному прогресу компанії можуть отримати реальні вигоди від квантових обчислень. Пам’ятаючи про це, давайте розглянемо 10 речей, про які вам слід знати, коли справа доходить до світів квантових обчислень та ШІ.

1. Основні характеристики квантових обчислень

У так званих класичних комп’ютерах біти програмуються як одиниці даних із можливими значеннями одиниць і нулів. У квантових комп’ютерах блоки даних програмуються за допомогою квантових бітів —кубіти-який може представляти одиницю, нуль або комбінацію нуля та одиниці одночасно.

Хорошою аналогією є вимикач світла, який у класичних комп’ютерах може мати положення ввімкнення або вимкнення. За допомогою кубітів у квантових комп’ютерах перемикач може мати будь-який спектр положень від увімкненого до вимкненого одночасно. Фізичні можливості кубітів виявляють дві основні характеристики квантових обчислень.

• Суперпозиція. Це стосується здатності кубітів одночасно вмикатися і вимикатися або десь у спектрі між ними. Ця невизначеність і ймовірність, закладені в блок даних, роблять систему потужною у вирішенні певних типів проблем.
• Заплутування. Це здатність кубітів, пов’язаних між собою, впливати на незалежність один одного, навіть якщо вони фізично окремі. Таким чином, якщо у нас є два кубіти і позиція одного змінюється, це впливає на інший, навіть якщо кубіти розділені. Ця характеристика надає потужну здатність переміщувати інформацію на неймовірно високих швидкостях.

2. Швидше та краще

Квантові комп’ютери мають чотири фундаментальні можливості, які відрізняють їх від сучасних класичних комп’ютерів:

• Основна факторізація використовує багатовимірні простори для дослідження великих проблемних просторів і може зробити революцію в шифруванні.
• Оптимізація шляхом вирішення великих/складних проблем із безпрецедентною швидкістю.
• Моделювання, у якому квантові комп’ютери ефективно моделюють складні проблеми.
• Квантовий штучний інтелект із кращими алгоритмами, швидшими та точнішими. Команда квантових досліджень IBM виявила, що заплутані кубіти на квантовому комп’ютері, який проводив експеримент із класифікації даних, знизили рівень помилок вдвічі порівняно з розплутаними кубітами.

Додатки в бізнесі вирішуватимуть складні проблеми. Наприклад:

• Фармацевтичний розвиток потребує моделювання молекул речовини, яке, як відомо, є складним, оскільки атоми в молекулах взаємодіють з іншими атомами складними способами. Успадкована властивість квантових комп’ютерів заплутування піддається тут досить добре.
• Використання квантового штучного інтелекту для пришвидшення часу та точності для систем навчання, наприклад, у автономних транспортних засобах.

Від фінансових послуг, фармацевтичних препаратів і медичних виробів, охорони здоров’я, енергетики, телекомунікацій, ЗМІ, подорожей, логістики та страхування, є багато галузей, які отримають значну користь від квантових обчислень.

3. Підсилювач зміщення

Ефект посилення квантових обчислень виходить за рамки швидкості та точності. Це також підкреслює упередженість, яка існує в моделях AI/ML. Таким чином, програми, вразливі до алгоритмічних зміщень (наприклад, у сфері перевірки працевлаштування, поліції тощо), можуть стати ще більш вразливими. Іншими словами, квантові обчислення можуть мати значний негативний побічний ефект, який може зробити такі програми занадто ризикованими для використання відсутніх спеціальних засобів контролю. Це ненавмисний ефект, який кожен, хто працює з штучним інтелектом/квантовими обчисленнями, повинен визнати та врахувати у своїх рішеннях.

4. Підвищена алгоритмічна складність, прозорість і зрозумілість

Поточна основна проблема штучного інтелекту полягає в його недостатній прозорості та пояснюваності, особливо коли використовуються складні алгоритми, такі як глибоке навчання. Якщо система штучного інтелекту використовується для прийняття рішень, які безпосередньо впливають на життя, як-от рішення в залі суду, соціальні виплати громадам або навіть рішення про те, хто отримає кредит і за якою ставкою, принципово важливо, щоб рішення можна було прив’язати до відчутних фактів, які є недискримінаційними на практиці.

Зрозуміло, що квантові обчислення в таких системах штучного інтелекту підвищують складність, яка негативно корелює з прозорістю та можливістю пояснення.

5. Новий криптографічний стандарт

Ключовим недоліком цієї чудової технології є її здатність зламати багато засобів захисту, які використовуються для захисту Інтернету та інших критичних програм. Квантові обчислення становлять серйозну загрозу для систем кібербезпеки, на які покладаються практично всі компанії. Більшість сучасних паролів онлайн-облікових записів і безпечних транзакцій і комунікацій захищені такими алгоритмами шифрування, як RSA або SSL/TLS. Поточний стандарт покладається на складність розкладання великих чисел на прості числа. Однак це тип проблем, які квантові комп’ютери чудово вирішують. Злам пароля за нашими поточними стандартами зайняв би класичний комп’ютер 100 років, але це можна зробити за лічені секунди за допомогою квантового комп’ютера. Цей вплив виходить за межі паролів особистого облікового запису — він включає розголошення приватних повідомлень, даних компаній і навіть військових секретів. Щоб протистояти цьому, Національний інститут стандартів і технологій США (NIST) очолює глобальні зусилля з пошуку алгоритмів постквантової криптографії, які будуть швидкими та надійними. Дастін Муді, математик з NIST, який працює над цим, сказав на зустрічі з криптографії IBM, «Ми сподіваємося, що остаточна версія буде повністю готова та опублікована приблизно у 2024 році».

6. Не замінює поточні комп’ютери

Класичні комп’ютери краще справляються з деякими завданнями, ніж квантові (електронна пошта, електронні таблиці та настільна публікація, щоб назвати кілька програм). Мета квантових комп’ютерів — бути іншим інструментом для вирішення різноманітних проблем, а не заміняти класичні комп’ютери. Отже, так, ми все ще матимемо комп’ютерні системи, як ми їх знаємо, або їх версії, які ми знаємо зараз, у доступному для огляду майбутньому.

7. Наближення до мейнстріму

Прориви в квантових технологіях продовжують прискорюватися, інвестиції надходять, а стартапи у сфері квантових обчислень продовжують розмножуватися. Великі технологічні компанії, такі як Alibaba, Amazon, IBM, Google і Microsoft, вже запустили комерційні хмарні сервіси квантових обчислень.

Хоча квантове обчислення як концепція існує з початку 1980-х років, перший реальний доказ того, що квантові комп’ютери можуть вирішувати проблеми, надто складні для класичних комп’ютерів, з’явився лише наприкінці 2019 року, коли Google оголосив, що його квантовий комп’ютер розв’язав таке обчислення лише за 200 років. секунд. Goldman Sachs нещодавно оголосив, що може запровадити квантові алгоритми для оцінки фінансових інструментів уже через п’ять років. Honeywell очікує, що квантова індустрія сформує 1 трильйон доларів у наступні десятиліття.

Шквал активності говорить про те, що ІТ-директори та інші керівники повинні почати формулювати свої стратегії квантових обчислень, особливо в таких галузях, як фармацевтика, де вплив буде значним.

8. Це не за рогом

Хоча було досягнуто значного прогресу в створенні різних квантових обчислювальних систем, ми не наближаємося до того, щоб мати їх у кожній організації, не кажучи вже про кожне домогосподарство. На відміну від стартапів із квантових обчислень, які залучили сотні мільйонів доларів, немає очікувань, що системи квантових обчислень стануть повсякденним стандартом у найближчі п’ять років. Ця затримка значною мірою пов’язана з труднощами, які все ще зберігаються, включаючи труднощі з розробкою, створенням і програмуванням квантових обчислювальних систем, включаючи шум, збої, втрату квантової когерентності та, звичайно, високу ціну, пов’язану з квантовими обчислювальними системами.

9. Потрібні напівпровідникові чіпи та талант

Пандемія призвела до ключових змін у нашому способі життя, включаючи нормалізацію роботи вдома, збої в ланцюжках поставок і підозрілі погляди на кожного, хто кашляє поруч. Це також підкреслило високий попит, але низьку пропозицію напівпровідникових мікросхем. Від технологічних пристроїв до транспортних засобів, зростання попиту значно вплинуло на споживчі ціни. З появою квантових комп’ютерів попит лише зростатиме, відповідно впливаючи на доступність і вартість напівпровідників. Окрім обмежень щодо постачання апаратного забезпечення, ще немає достатньої кількості ресурсів, навчених для підтримки квантових обчислювальних систем та економічної екосистеми в цілому.

10. Пов’язані досягнення квантових обчислень

Останніми роками обчислювальна техніка розвивається двома основними напрямками: прорив у машинному навчанні для розробки алгоритмів, які автоматично вдосконалюються через досвід, і дослідження квантових комп’ютерів, які теоретично можуть виявитися потужнішими за будь-який суперкомп’ютер.

• Квантовий мемристор. Вчені створили перший прототип пристрою, відомого як a квантовий мемристор, що може допомогти об’єднати найкраще з обох цих світів — поєднання штучного інтелекту з квантовими обчисленнями для безпрецедентних можливостей.
• Масштабованість/Квант на кристалі. Якщо говорити про квантові обчислення, ви все ще уявляєте велику кімнату, наповнену обладнанням, моніторами для забезпечення чистоти та спеціальним персоналом для контролю температури? Ну, додайте трохи сальси і дайте мені напій, тому що нещодавні події тепер мають квантові обчислення на чіпі. Робота була ініційована Кембриджським квантовим фахівцем Riverlanes, який співпрацює з нью-йоркською та лондонською цифровою квантовою компанією SEEQC. Квантовий обчислювальний чіп має інтегровану операційну систему для управління робочим процесом і кубітом.

З появою цієї нової хвилі обчислювальної техніки ІТ-директори та лідери всіх галузевих вертикалей мають фідуціарний обов’язок і унікальну можливість тримати руку на пульсі нової всесвітньо визначальної технології, якою є квантові обчислення.

Хоча широке впровадження та застосування квантових обчислень може здатися далеким, зараз настав час для MSP та інших технологічних компаній почати навчатися цій технології. Коли клієнти починають більше чути про це та ставити запитання, ви хочете отримати відповіді та поради щодо правильного напрямку, адаптованого для вашого клієнта.

(C) КОМПІЯ