En güçlü kuantum bilgisayar yarışması: gerçek kazanan kim, Google ve IBM?
Google'ın en gelişmiş bilgisayar ekipmanı, Mountain View, California'daki genel merkezinde veya yüksek teknoloji ürünü bir Ar-Ge üssü olan Silikon Vadisi'nde değildir. Bu teknolojide ustalaşan departman, Santa Barbara'dan birkaç saat güneyde, sıradan bir ofis parkında gizlidir ve buradaki teknoloji şirketlerinin çoğu bilinmiyor.
Buradaki açık ofis alanı düzinelerce insanı barındırabilir. Evin içindeki duvarlara özel bisiklet braketleri ve sörf tahtası braketleri takılmıştır. Çift kapılı laboratuvar, geniş bir sınıf boyutundadır. Bilgisayar raflarına ve çeşitli aletlere ek olarak, amortisörün üzerine asılan yağ varillerinden biraz daha büyük birkaç silindirik kap da vardır.
Cihazlardan birinin dış kabı çıkarılmış, çelik ve pirinçten yapılmış iç yapısı bir "avize" gibi iç içe geçmiştir. Cihaz, süper şarjlı bir buzdolabına sahiptir ve her katmanı düşürdüğünde sıcaklığı daha düşük olacaktır. Cihazın alt kısmındaki sıcaklık mutlak olarak 0 ° C'nin üzerinde tutulur ve saç çizgisi genişliğinin vakum ortamında çıplak gözle normal silikon çipine benzer yapıyı görebilir. Ama gerçekte transistörlerden yapılmadılar.Bu yapılar, zayıf süper iletken devreler kullanılarak kazınmıştır.Bu kadar düşük sıcaklık koşulları altında, karakteristikleri, kuantum fiziğinin kanunlarını takip eden atomlarla aynıdır. Bu bir kuantum bilgisayarın temel depolama birimi olan kübittir.
Şekil | Rigetti Quantum Computing Company (Kaynak: Rigetti Computing / Justin Fantl)
Geçtiğimiz yıl Ekim ayı sonunda Google, Sycamore adlı çipinin geleneksel bilgisayarların başaramadığı görevleri yerine getirerek ilk kez "kuantum hegemonyası" elde ettiğini duyurmuştu. Google, Sycamore'un zor bir bilgi işlem görevini yalnızca 53 kübit ile birkaç dakika içinde tamamladığını, son teknoloji ürünü süper bilgisayar Zirvesi'nin ise 10.000 yılda tamamlanamayacağını söyledi. Google, bunun Wright kardeşlerin ilk uçuşu ve Sovyetlerin ilk yapay uydunun fırlatılmasıyla kıyaslandığında bile büyük bir teknolojik gelişme olduğunu söyledi. Bu atılım, bilgisayar geliştirmede yeni bir çağ açtı ve şimdi en güçlü süper bilgisayar onun önünde. Bu sadece bir abaküs.
Santa Barbara Laboratuvarında düzenlenen bir basın toplantısında, Google Ar-Ge ekibi yaklaşık üç saat boyunca muhabirlerin sorularını yanıtladı. Ancak mizahları gerilimi gizleyemez. Basın toplantısından iki gün önce, Google'ın kuantum rakibi IBM'den araştırmacılar bu keşif hakkında ciddi sorular yöneltti. Yayınladıkları makalede, Google araştırmacılarının sonuçlarında hesaplama hataları olduğu belirtildi. IBM, Google'ın "en gelişmiş süper bilgisayarının" görevi tamamlamasının yaklaşık 10.000 yıl sürdüğüne, aslında geleneksel bilgisayarların sadece birkaç günde gerçekleştirilebileceğine inanıyor. Google'ın kuantum bilişim ekibi başkanı Hartmut Neven, IBMin şüpheleriyle ilgili görüşleri sorulduğunda net bir yanıt vermedi.
(Kaynak: Jay M Gambetta, Jerry M Chow ve Matthias Steffan)
Aslında bu olayı akademik bir tartışma olarak ele alabiliriz. IBM haklı olsa bile, Sycamore'un hesaplama hızı gerçekten Summit süper bilgisayarından 1000 kat daha hızlı. Google'ın daha büyük bir kuantum bilgisayar kurması ve kendini haklı çıkarması yalnızca birkaç ay alabilir.
IBM'in daha büyük şüphesi, Google'ın kuantum deneyinin o kadar başarılı olmaması değil, başından beri anlamsız bir test olmasıydı. IBM, kuantum hesaplama alanından farklı olarak, "kuantum hegemonyasının" Wright kardeşlerin ilk uçuşu gibi tarihsel bir vurgu olmadığına inanıyor; aslında, IBM kuantum hegemonyasına ulaşılabileceğine bile inanmıyor.
IBM'in başarı tanımı farklıdır ve ona "kuantum avantajı" diyor. Bu sadece terimler ve bilimde bir farklılık değil, aynı zamanda IBM tarihinde derin bir şekilde köklenen felsefede bir farklılıktır. Kültür ve kalkınma hedefleri arasında, IBMin geliri ve karı sekiz yıl boyunca düşmeye devam ederken, Google'ın ve ana şirketi Alphabetin geliri yükseliyor. Bu durumda bile, iki şirketin farklı geliştirme konseptleri, kuantum hesaplama alanında kimin daha iyi olacağını belirleyebilir.
Farklı bir dünya
New York City'nin kuzey banliyölerinde bulunan IBM Thomas J. Watson Araştırma Merkezi, Fin neo-fütürist mimar Eero Saarinen'in başyapıtıdır. Pürüzsüz dış yüzeyi, Google'ın araştırma merkezinden uzakta bir dünyadır. Bina 1961'de tamamlandı - IBM, ana bilgisayarlarla büyük bir başarı elde ettiğinde - müze benzeri kalitesi, her çalışana IBM'in fraktal geometri, süper iletkenler, yapay zeka ve kuantum hesaplama gibi çeşitli alanlarda büyük atılımlar yaptığını hatırlatıyor. .
4.000'den fazla çalışanı olan bu araştırma bölümünün başkanı İspanyol Dario Gil (Dario Gil) ve konuşma hızı her zaman insanlara coşkusunu hissettiriyor. İki görüşme sırasında sık sık IBM'in kuantum bilişim alanındaki başarılarından bahsetti ve bu alandaki uzun araştırma geçmişini vurgulamayı hedefledi.
(Kaynak: Carlos Jones / Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı (ORNL); Eric Lucero / Google)
Ancak son birkaç on yılda şirket, araştırma projelerini ticari başarıya dönüştürdü ve iyi bir itibar kazandı. Son zamanlarda IBM, yapay zeka "Watson" ı tıpta yetkin bir robota dönüştürmeyi planlıyor. Amaç, hastalara tanı koymak ve devasa tıbbi verilerden eğilimleri analiz etmektir.Araştırmacılar düzinelerce tıbbi birimle işbirliği yapmış olsa da, yapay zeka tıbbının hala çok az ticari uygulaması vardır. Bazı projeler pratik uygulamalara sokulsa bile nihai sonuçlar pek tatmin edici olmamaktadır.
Gil, kuantum bilişim araştırma ekibinin araştırma ve ticari geliştirmeyi birleştirerek bu süreci kırmaya çalıştığını söyledi. Araştırmacılar, kuantum bilgisayarları incelemeye başladıklarında hemen hemen aynı zamanda, ilgili verileri dış inceleme için buluta yerleştirdiler.Ayrıca, web tarayıcısındaki basit sürükle ve bırak işleviyle programlayabilirler. 2016'da doğan IBM Q Experience, şu anda boyutları 5 ile 53 kübit arasında değişen 15 genel kuantum bilgisayardan oluşuyor. Her ay yaklaşık 12.000 kişi bu cihazları kullanıyor. Kullanıcı grubu araştırmacılar ve öğrencilerden oluşuyor ve küçük cihazların kullanımı ücretsizdir. IBM, şu anda 100'den fazla müşterinin daha büyük ekipmanı kullanmak için ödeme yaptığını (belirli bir maliyeti açıklamadan) söyledi.
Google'ın Sycamore işlemcisi haricinde, dünyadaki benzer hiçbir cihaz veya herhangi bir kuantum bilgisayar, hiçbir koşulda sıradan bilgisayarlara göre bir avantaj göstermedi. IBM için şu anda ilgi odağı bu değil. Bilgisayarları ağa bağlamak, şirketin müşterilerin gelecekteki ihtiyaçlarını anlamasına ve ayrıca harici yazılım geliştiricilerin kod yazmayı öğrenmesine olanak tanır. Bu da IBM'in daha iyi gelişmesine izin verecek ve sonraki kuantum bilgisayarların gelişimini de teşvik edecek.
IBM, bu sürecin şirketin sözde kuantum avantajını gerçekleştirmenin en hızlı yolu olduğuna inanıyor. Gelecekte, kuantum bilgisayarlar geleneksel bilgisayarları tamamen ortadan kaldırmayacak, görevleri daha hızlı ve verimli bir şekilde tamamlayarak daha ekonomik faydalar elde edecekler. IBM çalışanları, kuantum üstünlüğünün bir kilometre taşı olması nedeniyle, kuantum avantajını çeşitli olasılıklara sahip bir "süreklilik" olarak değerlendirebileceğimizi söyledi.
Şimdi Jillin IBM hakkındaki büyük birleşik teorisine bir göz atalım: IBM, şirketin geleneğini, teknik uzmanlığını, diğer personelin yeteneklerini ve iş müşterilerine olan bağlılığını bütünleştirerek diğer şirketlerden daha erken ve daha iyi ürünler üretebilir. Kuantum bilgisayarın değerini kullanın.
Austin'deki Texas Üniversitesi'nde fizikçi olan Scott Aaronson'a göre IBM, Google'ın kuantum üstünlüğü açıklamasının sadece "küçük bir numara" olduğuna inanıyor. Aronson, Google'ın kullandığı kuantum algoritmalarına çok katkıda bulundu. En iyi durumda, bu yalnızca araştırma çalışmalarında kaçınılmaz olarak ortaya çıkacak kısa vadeli bir müdahaledir. En kötü durumda, bu yanıltıcıdır, çünkü insanları kuantum bilgisayarların belirli bir görevi yerine getirmek yerine herhangi bir şekilde geleneksel bilgisayarlardan daha iyi performans göstereceğini düşünmeye sevk edebilir. Gil, "Halk 'hegemonya' terimini yanlış anlayacaktır" dedi.
Elbette Google öyle düşünmüyor.
Kuantum alanında yeni bir başlangıç olun
2006 yılında Google ilk olarak kuantum alanındaki konuları ele almaya başladı ve o yıl şirketin kuruluşunun sekizinci yılıydı. Ancak Google'ın özel bir kuantum laboratuvarı kurması 2012 yılına kadar değildi. O yıl, California Teknoloji Enstitüsünde fizikçi olan John Preskill, "kuantum hegemonyası" kavramını önerdi.
Laboratuvarın başkanı, alanında otorite olan Alman bilgisayar bilimcisi Hartmut Neven (Hartmut Neven). İlk başta Nevin, D-Wave adlı harici bir şirket tarafından üretilen bir ekipman seti satın aldı ve kuantum hegemonyasının gerçekleşmesini keşfetmek için bir süre üzerinde araştırma yaptı, ancak başarılı olamadı. Nevin, 2014 yılında Google'ın o zamanki CEO'su Larry Page'i kuantum bilgisayarlara yatırım yapmaya ikna ettiğini söyledi. Nevin, Page'in Google'ın Preskill'in meydan okumasını kabul edeceğine söz verdi: "Ona, 'Dinle, üç yıl sonra döneceğiz ve prototip çipi masanıza koyacağız. Bu çip, geleneksel bilgisayarların çözemediği en az bir sorunu çözebilir' dedik."
IBM kuantum teknolojisi desteğinin yokluğunda Google, Santa Barbara'daki California Üniversitesi'nden fizikçi John Martinis liderliğindeki harici bir ekibi işe aldı. Martinez ve ekibi, dünyanın en iyi kuantum bilgisayar geliştiricileri arasında yer aldı ve 9 kübiti bir araya getirmeyi başardılar. Ve Nevin'in Page'e olan bağlılığı onlar için değerli bir hedef gibi görünüyor.
Üç yıllık dönem bir anda geçti, ancak Martinez'in ekibi bu zorluğun üstesinden gelmek için yeterince büyük ve istikrarlı çipler geliştirmek için hala çok çalışıyor. 2018'de Google, o zamanın en büyük işlemcisi olan Bristlecone'yi duyurdu. Bristlecone, diğer rakiplerin ürünlerinin artık eşleşemeyeceği 72 kübite sahip. Martinez, Google'ın o yıl kuantum üstünlüğüne ulaşacağını tahmin etti. Ancak bazı ekip üyeleri, Bristlecone'den farklı olan Sycamore adında başka bir çip mimarisi geliştiriyorlardı. Nihayet, Sycamore çipinin daha az kübit ile daha fazla görevi yerine getirebileceği doğrulandı. Çipte 54 kübite kıyasla sadece 53 kubite var, ancak bunlardan biri başarısız oldu. Google nihayet geçen sonbaharda kuantum üstünlüğünün farkına vardığını duyurdu.
Uygulamada, gösteride kullanılan program aslında işe yaramaz. Rastgele sayılar üretebilir, ancak bu bir kuantum bilgisayarın işi değildir. Bununla birlikte, program, geleneksel bilgisayarlar tarafından özel bir şekilde kopyalanması zor sayılar üretebilir ve böylece bu kavramı kanıtlar.
Şekil | Google ve IBM, kuantum mantık kapıları ile programlamayı kolaylaştırmak için bu tür grafik arayüzler geliştiriyor (Kaynak: MIT Technology Review)
IBM çalışanlarına Google'ın başarıları hakkında ne düşündüklerini sorun ve yüzlerinin ne kadar çirkin olduğunu göreceksiniz. Her zaman ihtiyatlı Avustralya doğumlu IBM kuantum takım lideri Jay Gambetta, "'hegemonya' kelimesini sevmiyorum ve anlamını da sevmiyorum. '' Sorunun tahmin etmek olduğunu da söyledi. Belirli bir kuantum hesaplamasının geleneksel bir bilgisayardan daha zor olup olmayacağı neredeyse imkansızdır, bu nedenle sadece bir vakayı göstermek başka durumları bulmanıza yardımcı olmaz.
IBM'e ait olmayan pek çok kişi, kuantum hegemonyasını küçümsemenin aptalca olduğunu düşünüyor. Nevin, "Bu işle ilgilenen herkes önce hakimiyeti göstermeli. Bence bu temel bir mantık." MIT'deki nazik ve tarafsız fizikçi bile. Ve gözlemci Will Oliver ayrıca, "Bu önemli bir kilometre taşıdır. Ne tür görevler olursa olsun, kuantum bilgisayarların her zaman belirli görevlerde geleneksel bilgisayarlardan daha iyi performans göstereceğini gösteriyor." Dedi.
Kuantum sıçraması
Google veya IBM'in pozisyonuna katılıp katılmadığınızdan bağımsız olarak, bir sonraki hedef çok açık, dedi Oliver, insanlara yardım edebilecek bir kuantum bilgisayar yaratmak. Bir gün, kuantum bilgisayarların, sıkışık kentsel trafik akışını azaltmayı amaçlayan yeni ilaçların ve malzemelerin geliştirilmesi için karmaşık moleküler modelleme, anlık optimizasyon ve uzun vadede sonuçları hesaplamak için kaba kuvvet gerektiren çok sayıda güncel sorunu çözebileceğini umuyoruz. Hava Durumu tahmini. (Sonunda, iletişimleri ve finansal işlemleri korumak için kullanılan şifreleme kodlarını da kırabilirler. Ancak, o zamana kadar, belki de dünyanın çoğu bölgesi kuantum geçirmez şifreleme yöntemlerini benimseyecektir.) Ama şimdi, Bir kuantum bilgisayarın tamamlaması gereken ilk görevin ne olduğunu veya görevi tamamlamak için ne kadar büyük bir bilgisayara ihtiyaç olduğunu tahmin edemiyoruz.
Bu belirsizlik hem donanım hem de yazılımla ilgilidir. Donanım açısından Google, şirketin çip tasarımının 100 ila 1000 kübite ulaşabileceğine inanıyor. Bununla birlikte, motorun boyutu tek başına bir arabanın performansını belirleyemediği gibi, bir kuantum bilgisayarın performansı da yalnızca kübit sayısına bağlı değildir. "Tutarsız" durumun dışında ne kadar kalabilecekleri, ne kadar hata oranı, ne kadar hızlı çalıştıkları ve birbirleriyle nasıl ilişkili oldukları gibi diğer birçok faktörü göz önünde bulundurmalıyız. Bu sorunlar, mevcut kuantum bilgisayarların çalışma verimliliğinin tam potansiyelinin yalnızca küçük bir bölümünü oynadığı anlamına geliyor.
Aynı zamanda, kuantum bilgisayarların yazılımı da tıpkı makinenin kendisi gibi emekleme aşamasında. Geleneksel bilgisayar alanında, programlama dilleri, ilk yazılım geliştiricileri tarafından kullanılan yerel "makine kodundan" çeşitli düzeylerde azaltılmıştır, çünkü veri depolama, işleme ve dağıtım ayrıntıları standartlaştırılmıştır. Google ekibindeki yazılım çalışmasından sorumlu olan Dave Bacon, "Geleneksel bilgi işlem için, programlama yaparken transistörlerin nasıl çalıştığını anlamanıza gerek yok" dedi. Performanslarını en üst düzeye çıkarmak için kuantum kodları, kübitlerin durumuna göre yüksek hassasiyetle ayarlanmalıdır. Bu, IBM'in yongalarının diğer şirketlerin ekipmanlarında çalışmayacağı anlamına gelir ve Google'ın 53 kübitlik Çınar yonga optimizasyon teknolojisi bile gelecekte şirketin 100 kübit kardeş çipi için geçerli olmayabilir. Daha da önemlisi, bu aynı zamanda hiç kimsenin 100 kübitin karmaşık sorunların üstesinden gelebileceğini tahmin edemeyeceği anlamına gelir.
İnsanların hayal etmeye en çok cesaret ettiği şeylerden biri, önümüzdeki birkaç yıl içinde, yeni ilaçların ve yüksek verimli pillerin geliştirilmesini teşvik etmek için yeterli olabilecek orta derecede karmaşık bazı kimyasal reaksiyonları simüle etmek için yüzlerce kübite sahip bilgisayarların kullanılacağıdır. Bununla birlikte, kod çözme ve hatalar, kuantum bilgisayarların şifrelemeyi kırma gibi görevleri yerine getirirken grev yapmasına neden olabilir.
Bu, hataları onarması ve geleneksel bilgisayarlar gibi çalışmaya devam etmesi gereken "hataya dayanıklı mekanizmaya" sahip bir kuantum bilgisayar gerektirir. Beklenen çözüm artıklık oluşturmaktır: paylaşılan kuantum durumunda yüzlerce kübit bir kübit rolünü oynatmaktır. Birlikte, bireysel kübit hatalarını düzeltebilirler. Her kübit uyumsuzluktan etkilenmeye başladığında, komşu kübitler onları gençleştirecek ve bu asla durmayan karşılıklı bir kurtarma döngüsüdür.
Genel tahminlere göre, bu kararlı duruma ulaşmak için 1000 bağlantılı kübite ihtiyaç vardır. Bu, 1.000 kübit işlevini yerine getiren bir kuantum bilgisayar inşa etmek istiyorsanız, aslında 1 milyon kübite ihtiyacınız olduğu anlamına gelir. Nevin, Google'ın "muhafazakar" tahminlerine göre, bazı önemli teknik sorunların hâlâ çözülmesi gerekmesine rağmen, bunlardan biri şu anda IBMin Googlea göre avantajı olduğunu, şirketin on yıl içinde hala 1 milyon kübit üretebileceğini söyledi. İşlemci.
O zamana kadar birçok şey değişebilir. Şu anda Google ve IBM tarafından kullanılan süper iletken kübitler, o zamana kadar eski vakumlu tüp benzeri teknolojiler haline gelebilir ve bunların yerini daha kararlı ve güvenilir teknolojiler alacak. Kuantum bilgisayar yapmak için kullanılan çok fazla kübit olmamasına rağmen, dünyanın her yerindeki araştırmacılar, kübit yapmak için ilgili deneyler yapmak için çeşitli yöntemler kullanıyorlar. Rigetti, IonQ ve Quantum Circuits gibi rekabetçi start-up'lar, sözde büyük şirketlerin önüne geçmek için belirli bir teknolojide avantaja sahip olabilir.
Şekil | IBM'in peşinde olduğu şey, "kuantum hacmi" değerini her yıl ikiye katlamak. Bu aslında ünlü Moore yasasının kuantum alanındaki yorumudur. (Kaynak: IBM'in izniyle)
Bu iki şirketin, Google ve IBM'in büyüklüğü ve toplam zenginliği göz önüne alındığında, her ikisi de kuantum hesaplama işinde önemli oyuncular olma fırsatına sahipler. Diğer şirketler, Amazon, Google, IBM ve Microsoft'tan bulut depolama ve işleme bilişim hizmetlerini şu anda kiraladıkları gibi, sorunların üstesinden gelmek için bu şirketlerden ekipman kiralayacak. Fizikçiler ve bilgisayar bilimcileri tarafından başlatılan akademik anlaşmazlıklar, ticari hizmet sektörü ile piyasa sektörü arasında rekabete dönüşecek.
Bu yarışmayı hangi firma kazanacak? Geliri azalan IBM'in aciliyeti Google'dan daha fazla olabilir. IBM, pazara çok yavaş girmenin acı verici deneyimini ve maliyetini biliyor: Geçen yaz IBM, şirketin bugüne kadar sunduğu en yüksek fiyat olan açık kaynaklı bulut hizmeti sağlayıcısı Red Hat'i satın almak için 34 milyar dolar harcadı. IBM, bu satın alma yoluyla Amazon ve Microsoft'u yakalamayı ve finansal durumunu tersine çevirmeyi planlıyor. IBM'in stratejik konuşlandırması, kuantum bilgisayarını buluta yerleştirmek ve en başından ücretli bir iş kurmaktır. Bu yaklaşım, IBM'i sektörde bir adım önde yapacak gibi görünüyor.
Son zamanlarda Google da IBM'in yaklaşımını takip etmeye başladı ve mevcut ticari kullanıcıları arasında ABD Enerji Bakanlığı, Volkswagen ve Daimler AG bulunuyor. Martinez, Google'ın neden erken davranmadığına dair basit bir açıklama yaptı: "Bulutta kuantum bilgisayarları kurmak için kaynaklara sahip değiliz." Ancak bu, Google'ın onu birincil iş hedefi haline getirmedeki başarısızlığının bir başka örneğidir. Beyan.
Bu kararın IBM'i avantajlı bir konuma getireceğini söylemek için henüz çok erken ... Şimdi ilk soru, iki şirketin kendi güçlerini sorunun çözümüne nasıl uygulayacakları. Gil, IBM'in malzeme bilimi, yonga üretimi ve büyük kurumsal müşterilere yönelik hizmetleri kapsayan "tam yığın" teknolojisinden yararlanacağını söyledi. Öte yandan Google, hızla genişleyen operasyonlarında Silikon Vadisi kültürünün getirdiği yenilikçiliği ve pratik yetenekleri geliştirebilir.
Kuantum hegemonyasına gelince, bu gerçekten insanlık tarihinde önemli bir an olacak, ancak hiçbir şekilde belirleyici değil. Sonuçta, Wright Kardeşler'in ilk uçuşunu herkes biliyor, ancak sonrasında ne yaptıklarını hatırlayan var mı?
