Kvantno računalništvo in umetna inteligenca: 10 stvari, ki bi jih morali vedeti

V zadnjih letih so postale pomembne nove tehnologije. Med njimi ima kvantno računalništvo edinstven potencial, da najbolj spremeni naš svet. Kvantno računalništvo je pokazalo obetavne dokaze za neverjetno pospešitev hevrističnih izračunov. Tako bo uporaba kvantnega računalništva znotraj kompleksnih rešitev za reševanje problemov v farmacevtskih izdelkih in odkrivanju materialov, financah, aplikacijah za avtonomna vozila, umetni inteligenci in drugih področjih pomembno vplivala na naša življenja. Zlasti ima kvantno računalništvo potencial za povečanje učinkov (tako pozitivnih kot negativnih) številnih aplikacij umetne inteligence.

---

"Mislim, da lahko AI pospeši kvantno računalništvo in kvantno računalništvo lahko pospeši AI."

– izvršni direktor Googla Sundar Pichai

---

Ker si organizacije prizadevajo postati bolj digitalne, je za boljše načrtovanje in strategijo ključnega pomena upoštevanje prihajajočih tehnoloških transformacij. Zahvaljujoč temu tehnološkemu napredku lahko podjetja iz kvantnega računalništva resnično pridobijo. S tem v mislih raziščimo 10 stvari, ki bi se jih morali zavedati, ko gre za svet kvantnega računalništva in umetne inteligence.

1. Glavne značilnosti kvantnega računalništva

V tako imenovanih klasičnih računalnikih so biti programirani kot podatkovne enote z možnimi vrednostmi enic in ničel. V kvantnih računalnikih so podatkovne enote programirane s kvantnimi biti –qubits -ki lahko predstavlja eno, ničlo ali kombinacijo obeh nič in ena hkrati.

Dobra analogija je stikalo za luči, ki ima pri klasičnih računalnikih lahko položaj za vklop ali izklop. S kubiti v kvantnih računalnikih ima lahko stikalo poljuben spekter položajev od vklopljenega do izklopljenega hkrati. Fizične zmogljivosti kubitov prinašajo dve glavni značilnosti kvantnega računalništva.

• Superpozicija. To se nanaša na zmožnost kubitov, da so vklopljeni in izklopljeni hkrati ali nekje v spektru med obema. Zaradi te negotovosti in verjetnosti, ki sta vpeti v podatkovno enoto, je sistem močan pri reševanju določenih vrst problemov.
• Zapletanje. To je sposobnost povezanih kubitov, da vplivajo na neodvisnost drug drugega, tudi če so fizično ločeni. Kot taka, če imamo dva kubita in se položaj enega spremeni, to vpliva na drugega, tudi če sta kubita ločena. Ta lastnost daje močno zmožnost premikanja informacij pri neverjetno visokih hitrostih.

2. Hitreje in bolje

Kvantni računalniki imajo štiri temeljne zmogljivosti, po katerih se razlikujejo od današnjih klasičnih računalnikov:

• Glavna faktorizacija, ki izkorišča večdimenzionalne prostore za raziskovanje velikih problemskih prostorov in bi lahko spremenila šifriranje.
• Optimizacija z reševanjem velikih/kompleksnih problemov z izjemno hitrostjo.
• Simulacija, pri kateri kvantni računalniki učinkovito modelirajo kompleksne probleme.
• Kvantna umetna inteligenca z boljšimi algoritmi, ki so hitrejši in natančnejši. IBM-ova skupina za kvantne raziskave je ugotovila, da je zapletanje kubitov na kvantnem računalniku, ki je izvedel poskus razvrščanja podatkov, prepolovilo stopnjo napak v primerjavi z nezapletenimi kubiti.

Aplikacije v podjetju bodo obravnavale kompleksne težave. Na primer:

• Farmacevtski razvoj zahteva modeliranje molekul snovi, ki je znano težko, ker atomi v molekulah medsebojno delujejo z drugimi atomi na zapletene načine. Podedovana lastnost prepletenosti kvantnih računalnikov je tukaj precej primerna.
• Izkoriščanje kvantne umetne inteligence za pospešitev časa in natančnost sistemov za usposabljanje, kot so tisti v avtonomnih vozilih.

Od finančnih storitev, farmacevtskih in medicinskih izdelkov, zdravstvenega varstva, energetike, telekomunikacij, medijev, potovanj, logistike in zavarovanja, če naštejemo le nekatere, obstajajo številne panoge, ki bodo imele velike koristi od kvantnega računalništva.

3. Bias ojačevalnik

Povečevalni učinek kvantnega računalništva presega hitrost in natančnost. Poudarja tudi vgrajeno pristranskost, ki obstaja v modelih AI/ML. Kot take lahko postanejo aplikacije, ki so ranljive za algoritemske pristranskosti (npr. v prostoru za preverjanje zaposlovanja, policiji itd.), še bolj. Z drugimi besedami, kvantno računalništvo ima lahko povečan negativen stranski učinek, zaradi katerega bi lahko bile takšne aplikacije preveč tvegane za uporabo odsotnih posebnih blažilnih kontrol. To je nenamerni učinek, ki ga mora vsakdo, ki dela z umetno inteligenco/kvantnim računalništvom, prepoznati in upoštevati pri svojih rešitvah.

4. Povečana algoritemska kompleksnost, preglednost in razložljivost

Trenutna glavna težava umetne inteligence je pomanjkanje preglednosti in razložljivosti, zlasti kadar se uporabljajo zapleteni algoritmi, kot je globoko učenje. Če se sistem umetne inteligence uporablja za odločitve, ki neposredno vplivajo na življenja, kot so odločitve v sodnih dvoranah, socialne ugodnosti za skupnosti ali celo odločanje o tem, kdo bo prejel posojilo in po kakšni stopnji, je bistvenega pomena, da je odločitev lahko povezana z otipljivimi dejstvi, ki so v praksi nediskriminatorni.

Razumljivo je, da kvantno računalništvo na takih sistemih umetne inteligence povečuje kompleksnost, ki je v negativni korelaciji s preglednostjo in razložljivostjo.

5. Nov kriptografski standard

Ključna pomanjkljivost te čudovite tehnologije je njena sposobnost, da razbije številne obrambe, ki se uporabljajo za zaščito interneta in drugih kritičnih aplikacij. Kvantno računalništvo predstavlja resno grožnjo sistemom kibernetske varnosti, na katere se zanašajo skoraj vsa podjetja. Večina današnjih gesel za spletne račune ter varnih transakcij in komunikacij je zaščitenih s šifrirnimi algoritmi, kot sta RSA ali SSL/TLS. Trenutni standard temelji na zapletenosti faktoriziranja velikih števil v praštevila. Vendar je to vrsta problema, ki ga kvantni računalniki odlično rešujejo. Razbijanje gesla z našimi trenutnimi standardi bi klasičnemu računalniku vzelo 100 let, vendar ga je mogoče doseči v nekaj sekundah s kvantnim računalnikom. Ta vpliv presega gesla osebnih računov – vključuje razkrivanje zasebnih komunikacij, podatkov podjetja in celo vojaških skrivnosti. Da bi se temu zoperstavil, ameriški nacionalni inštitut za standarde in tehnologijo (NIST) vodi globalna prizadevanja za iskanje postkvantnih kriptografskih algoritmov, ki bodo hitri in vredni zaupanja. Dustin Moody, matematik NIST, ki dela na tem prizadevanju, je dejal na srečanju IBM-a o kriptografiji, "Upamo, da bo končna različica popolnoma pripravljena in objavljena okoli leta 2024."

6. Ni zamenjava za trenutne računalnike

Klasični računalniki so boljši pri nekaterih nalogah kot kvantni računalniki (e-pošta, preglednice in namizno založništvo, če naštejemo le nekaj aplikacij). Namen kvantnih računalnikov je biti drugačno orodje za reševanje različnih problemov, ne pa nadomestiti klasičnih računalnikov. Torej da, še vedno bomo imeli računalniške sisteme, kot jih poznamo, ali njihovo različico, kot jo poznamo trenutno, v bližnji prihodnosti.

7. Približevanje mainstreamu

Preboji kvantne tehnologije se še naprej pospešujejo, naložbe pritekajo in zagonska podjetja v prostoru kvantnega računalništva se še naprej množijo. Velika tehnološka podjetja, kot so Alibaba, Amazon, IBM, Google in Microsoft, so že lansirala komercialne storitve kvantnega računalništva v oblaku.

Čeprav je kvantno računalništvo kot koncept prisotno že od zgodnjih osemdesetih let prejšnjega stoletja, se je prvi pravi dokaz, da se kvantni računalniki lahko spopadejo s problemi, ki so preveč zapleteni za klasične računalnike, pojavil šele konec leta 1980, ko je Google objavil, da je njegov kvantni računalnik rešil takšen izračun v samo 2019 letih. sekund. Goldman Sachs je nedavno napovedal, da bi lahko uvedel kvantne algoritme za določanje cen finančnih instrumentov že v petih letih. Honeywell predvideva, da bo kvantna industrija v prihodnjih desetletjih oblikovala 200 bilijon dolarjev vredno industrijo.

Naval dejavnosti nakazuje, da bi morali CIO in drugi voditelji začeti oblikovati svoje strategije kvantnega računalništva, zlasti v panogah, kot je farmacevtska, kjer bi bil vpliv pomemben.

8. Ni tik za vogalom

Čeprav je bil dosežen znaten napredek pri izgradnji različnih kvantnih računalniških sistemov, še nismo blizu, da bi ga imeli v vsaki organizaciji – kaj šele v vsakem gospodinjstvu. V nasprotju s kvantnimi računalniškimi startupi, ki so zbrali na stotine milijonov dolarjev, ni pričakovati, da bodo kvantni računalniški sistemi v naslednjih petih letih postali vsakdanji standard. Ta zamuda je v veliki meri posledica težav, ki še vedno obstajajo, vključno s težavami pri načrtovanju, gradnji in programiranju kvantnih računalniških sistemov, vključno s šumom, napakami, izgubo kvantne koherence in seveda visoko ceno, povezano s kvantnimi računalniškimi sistemi.

9. Potreben je polprevodniški čip in talent

Pandemija je prinesla ključne spremembe v našem načinu življenja, vključno z normalizacijo dela od doma, motnjami v dobavni verigi in sumljivimi pogledi vsakomur, ki kašlja v vaši bližini. Poudaril je tudi veliko povpraševanje po polprevodniških čipih, a nizko ponudbo. Od tehnoloških naprav do vozil je povečano povpraševanje znatno vplivalo na potrošniške cene. S prihodom kvantnih računalnikov bo povpraševanje samo še raslo, kar bo ustrezno vplivalo na razpoložljivost in stroške polprevodnikov. Poleg omejitev dobave strojne opreme še ni skoraj dovolj virov, usposobljenih za podporo kvantnim računalniškim sistemom in gospodarskemu ekosistemu na splošno.

10. Sorodni napredek kvantnega računalništva

Računalništvo je v zadnjih letih napredovalo na dva glavna načina – preboj v strojnem učenju za razvoj algoritmov, ki se samodejno izboljšujejo z izkušnjami, in raziskave kvantnih računalnikov, ki se lahko teoretično izkažejo za zmogljivejše od katerega koli superračunalnika.

• Kvantni memristor. Znanstveniki so ustvarili prvi prototip naprave, znane kot a kvantni memristor, kar bi lahko pomagalo združiti najboljše iz obeh svetov – združevanje umetne inteligence s kvantnim računalništvom za zmogljivosti brez primere.
• Razširljivost/kvant na čipu. Ali si ob misli na kvantno računalništvo še vedno predstavljate veliko sobo, polno pripomočkov opreme, monitorjev za čisto kakovost in namenskega osebja za nadzor temperature? No, daj mu nekaj salse in mi daj pijačo, ker so se zdaj zgodili nedavni dogodki kvantno računalništvo na čipu. Delo je vodilo delo kvantnega specialista Riverlanesa s sedežem v Cambridgeu z newyorškim in londonskim digitalnim kvantnim podjetjem SEEQC. Čip za kvantno računalništvo ima integriran operacijski sistem za upravljanje poteka dela in kubitov.

S prihodom tega novega vala računalništva imajo CIO in vodilni v vseh industrijskih vertikalah fiduciarno dolžnost in edinstveno priložnost, da spremljajo utrip nove tehnologije, ki opredeljuje svet, to je kvantno računalništvo.

Medtem ko se zdi, da je široko sprejetje in aplikacije kvantnega računalništva še daleč, je zdaj čas, da se MSP in druga tehnološka podjetja začnejo izobraževati o tehnologiji. Ko stranke začnejo slišati več o tem – in postavljati vprašanja – želite biti pripravljeni z odgovori in svetovanjem o pravi smeri, prilagojeni vaši stranki.

(C) COMPTIA