Pada tahun 2012, duduk di kolam panas, ahli fizik Seth Lloyd mencadangkan aplikasi internet kuantum kepada pencipta Google, Sergey Brin dan Larry Page. Dia menyebutnya sebagai Quoogle: mesin pencari yang menggunakan matematik berdasarkan fizik zarah subatom dan menunjukkan hasil tanpa mengetahui pertanyaan itu sendiri. Lompatan seperti itu memerlukan jenis memori yang sama sekali baru - yang disebut QAMM, atau memori akses rawak kuantum.
Walaupun idea itu menarik minat Brin dan Page, mereka meninggalkannya, Lloyd memberitahu "Gizmodo". Menurutnya, mereka mengingatkannya bahawa model perniagaan mereka didasarkan pada mengetahui segala sesuatu tentang semua orang.
Tetapi KOSU, sebagai idea, tidak mati. Komputer moden ingat maklumat dalam berbilion bit, digit binari sama dengan sifar atau satu. RAM, atau memori akses rawak, menyimpan maklumat untuk waktu yang singkat pada cip silikon, memberikan setiap maklumat ke alamat tertentu, yang dapat diakses secara rawak dan dalam urutan apa pun untuk merujuk maklumat ini kemudian. Ini menjadikan komputer jauh lebih pantas, sehingga komputer riba atau telefon bimbit anda dapat segera sampai ke data yang tersimpan dalam RAM, yang sering digunakan oleh aplikasi, dan bukannya mencarinya dalam simpanan, yang jauh lebih lambat. Tetapi suatu saat di masa depan, pemproses komputer mungkin diganti atau ditambah dengan pemproses komputer kuantum, mesin yang mampu menyisipkan pangkalan data raksasa.pembelajaran mesin dan kecerdasan buatan. Komputer kuantum masih merupakan teknologi baru, tetapi jika mereka dapat melaksanakan algoritma yang berpotensi menguntungkan ini, mereka memerlukan cara baru untuk mengakses RAM. Mereka memerlukan TUBUH.
"KRAM dapat menjadi aplikasi hebat yang membuat perangkat kuantum dari Google dan IBM langsung berguna," kata Lloyd kepada Gizmodo.
Komputer klasik seperti ThinkPad, Iphone, dan superkomputer yang paling berkuasa melakukan semua operasi mereka dengan menerjemahkan data menjadi satu atau banyak kombinasi bit, nol, dan yang lain. Bit berinteraksi antara satu sama lain, akhirnya menghasilkan kombinasi sifar dan yang lain. Komputer kuantum juga menghasilkan hasil akhir dalam bentuk satu dan sifar. Tetapi ketika penghitungan berjalan, bit kuantum mereka, atau qubit, saling berkomunikasi dengan cara baru, melalui undang-undang fizik yang sama yang mengatur elektron. Daripada hanya menjadi sifar atau satu, setiap qubit dapat menjadi keduanya ketika menghitung, menggunakan persamaan matematik yang menyulitkan kemungkinan mendapat sifar atau satu hanya ketika anda menguji nilainya. Beberapa qubit menggunakan persamaan yang lebih kompleks,yang merujuk kepada nilai qubit sebagai objek matematik tunggal. Hasilnya adalah satu atau lebih rentetan binari yang mungkin, nilai akhir ditentukan oleh kebarangkalian dalam persamaan.
Pendekatan matematik yang pelik ini - qubit adalah persamaan sehingga anda menghitungnya, dan kemudian ia kelihatan seperti bit lagi, tetapi nilainya boleh merangkumi unsur keacakan - membolehkan anda menyelesaikan masalah yang biasanya sukar bagi komputer. Satu cabaran seperti itu adalah penguraian bilangan besar menjadi bilangan prima, yang memecah algoritma yang digunakan untuk menyimpan sejumlah besar data yang dienkripsi - suatu perkembangan yang boleh menjadi "bencana" untuk keselamatan siber. Ini juga dapat berfungsi sebagai cara baru untuk memproses set data yang besar, seperti yang digunakan dalam pembelajaran mesin (seperti dalam sistem pengenalan wajah lanjutan).
Komputer kuantum masih tidak lebih baik daripada komputer konvensional. IBM memberi para saintis dan usahawan akses ke pemproses 20-qubit yang berfungsi, dan Rigetti ke pemproses 19-qubit, sementara superkomputer tradisional dapat mensimulasikan kekuatan kuantum hingga 50 qubit. Walaupun demikian, ahli fizik John Preskil baru-baru ini mengumumkan bahawa teknologi memasuki era baru di mana komputer kuantum akan segera berguna untuk lebih banyak daripada menjamu eksperimen fizik. Kerajaan AS memandang serius teknologi kuantum kerana kepentingannya terhadap keselamatan siber, dan banyak ahli fizik dan pengaturcara mencari niche baru untuk mereka.
Banyak penyelidik juga berharap dapat mencari aplikasi untuk komputer kuantum dalam pengembangan kecerdasan buatan dan pembelajaran mesin menggunakan algoritma kuantum. Algoritma seperti itu kompleks dan melibatkan sejumlah besar maklumat, sehingga memerlukan alternatif kuantum untuk RAM: qRAM.
Video promosi:
Quantum RAM bukan berbilion bit yang disimpan dalam beberapa qubit. Sebaliknya, ini adalah cara bagi komputer kuantum untuk menerapkan operasi kuantum mereka ke senarai besar data yang terdapat dalam masalah pembelajaran mesin. Pada akhirnya, memori akses rawak biasa terdiri daripada data yang diperlukan untuk menjalankan program, dan program mengaksesnya dengan menentukan alamat bit - dengan cara yang sama, anda dapat memperoleh jumlah sel dengan menaip (A2 + B2) dan bukannya mengetik nombor setiap kali. secara manual. Algoritma kuantum perlu mengakses memori akses rawak biasa pada tahap kuantum - dalam pengertian yang paling primitif, mereka membuat superposisi di mana sel itu A2 dan B2 pada masa yang sama, dan hanya selepas itu, setelah pengiraan selesai, menunjukkan nilai sama ada A2 atau B2. Tidak ada kuantum mengenai memori seperti itu - kuantum adalah cara anda mengakses dan menggunakannya.
Pada asasnya, jika anda mempunyai banyak data yang tersimpan - seperti, misalnya, dalam pangkalan data untuk melatih chatbots - maka mungkin ada algoritma kuantum yang dapat melakukan lebih banyak daripada komputer biasa ketika mencari melalui data atau mesej sesuatu yang penting. … Ini boleh menjadi sangat menguntungkan bagi industri kewangan dan syarikat seperti Google, dan tentu saja ia memerlukan RAM kuantum.
Sebuah artikel mengenai QRAM, yang ditulis oleh Lloyd dan pasukannya sepuluh tahun yang lalu, menggambarkan satu cara untuk mengakses hanya alamat tersebut dalam ingatan yang diperlukan untuk superposisi, dengan menggunakan sesuatu yang mereka sebut "rantai api kuantum." Pada dasarnya, kerana setiap alamat dalam RAM hanyalah urutan bit, ia dapat dianggap sebagai pohon bercabang, di mana setiap qubit adalah penunjuk yang memberitahu komputer untuk membelok ke kiri atau kanan. Ini berfungsi di komputer konvensional juga, tetapi komputer kuantum dengan hanya dua pilihan pasti akan melibatkan jalan tambahan pada setiap giliran, akhirnya membawa kepada keadaan kuantum yang sangat besar dan rapuh yang mudah runtuh di persekitaran bukan kuantum. Lloyd dan rakannya mencadangkan struktur pokok,di mana setiap cabang dipegang secara automatik dalam mod siap sedia, membolehkan komputer bergerak hanya di cawangan kanan atau kiri (sebelah) untuk mengakses memori yang diinginkan tanpa melibatkan maklumat yang tidak perlu. Perbezaannya agak teknikal, tetapi ia dirancang untuk mengurangkan kuasa yang diperlukan untuk menyelesaikan masalah seperti ini dalam pembelajaran mesin.
"Sebilangan besar algoritma yang digunakan dalam penyelidikan memerlukan semacam memori kuantum," komentar Michelle Mosca, seorang saintis di University of Waterloo di Kanada yang juga meneliti memori kuantum, untuk Gizmodo. "Apa-apa yang mengurangkan kos RAM kuantum yang diterapkan juga dapat secara dramatis mengurangi waktu sebelum munculnya komputer kuantum setiap hari."
Tetapi kita masih pada tahap yang sangat awal dalam pengembangan pengaturcaraan kuantum. Hari ini, cara komputer lama mengingat maklumat nampaknya tidak masuk akal. RAM terdiri daripada gelung magnetik yang dihubungkan oleh wayar, di mana setiap gelung sepadan dengan satu bit, dan orientasi medan magnet dalam gegelung mewakili maknanya. Komputer Amerika pertama yang tersedia secara komersial, UNIVAC-I, terkenal kerana menyimpan data dengan menukar impuls elektrik menjadi gelombang bunyi menggunakan merkuri cair. Memori itu tidak mempunyai akses rawak - anda tidak dapat memperoleh data yang anda inginkan pada bila-bila masa, tetapi hanya mengikut urutan penyimpanannya. Dan ia dianggap sebagai teknologi canggih.
"Itu karya seni," jelas Chris Garcia, kurator Muzium Sejarah Komputer. "Pada masa itu mereka mencuba semua yang mereka dapat dan berharap sebahagiannya dapat berfungsi." Pada masa itu, penyelesaian seperti itu lebih unggul daripada yang sebelumnya. Hari ini komputer menyimpan memori pada mikrocip yang dibuat dari bahan khas yang disebut semikonduktor, yang menjadi mungkin bukan hanya kerana kemajuan sains, tetapi juga berkat proses yang menjadikan penyimpanan silikon jauh lebih murah daripada penyimpanan yang diperbuat daripada gegelung magnet kecil.
Seperti apa memori kuantum? Kemungkinan besar tidak seperti yang dibayangkan oleh Lloyd dan rakan sekerja. Pada persidangan tahun lalu, ahli fizik bercanda bahawa bidang pengkomputeran kuantum mungkin beralih ke analog lain dari tong merkuri cair. Tentunya kita akan mendapat kemajuan teknologi dan matematik baru yang akan mengoptimumkan komputer dan kaedah mereka menyimpan maklumat.
Lloyd bersetuju dengan ini. "Saya ingin melihat seseorang menyebarkan idea kami," katanya. "Sekiranya kita dapat menerjemahkan maklumat biasa ke dalam keadaan kuantum, ini akan menjadi aplikasi komputer kuantum yang luar biasa dalam jangka pendek." Bagaimanapun, komputer lebih daripada sekadar kemampuan mereka untuk menjalankan algoritma mewah. Mereka membolehkan algoritma ini digunakan untuk memproses dan menyusun data untuk membuat sesuatu yang berguna.
Dan mungkin suatu hari nanti kita akan menggunakan Google kuantum.
Ryan F. Mandelbaum
