CIA og Jeff Bezos satser på Quantum Computing

Inde i en blokeret bygning i en forstad til Vancouver, på den anden side af gaden fra en dyster McDonald's, er et sted, der er koldere end noget andet sted i det kendte univers. Indeni er der en computerprocessor, som Amazons grundlægger Jeff Bezos og CIA's investeringsarm, In-Q-Tel, mener kan udnytte kvantemekanikkens særheder for at frigøre mere computerkraft end nogen konventionel computerchip. Bezos og In-Q-Tel er i en gruppe af investorer, der satser $30 millioner på denne udsigt.

Viklet ind : Dette er en del af strukturen, der køler og afskærmer D-Wave-processoren, så den (tilsyneladende) kan udføre sine kvanteberegninger.

Hvis væddemålet lykkes, ville nogle af verdens sværeste computerproblemer, såsom jagten på nye stoffer eller bestræbelser på at opbygge kunstig intelligens, blive dramatisk mindre udfordrende. Denne udvikling ville også rydde D-Wave Systems forurenede omdømme, opstarten, hvis otte år lange indsats for at skabe en kvantecomputer har tjent lidt mere end skepsis grænsende til latterliggørelse fra fremtrædende fysikere.

D-Waves superkølede processor er designet til at håndtere det, softwareingeniører kalder optimeringsproblemer, kernen i gåder som at finde ud af den mest effektive leveringsvej, eller hvordan atomerne i et protein vil bevæge sig rundt, når det møder en lægemiddelforbindelse. Stort set alt har med optimering at gøre, og det er grundlaget for maskinlæring, som ligger til grund for stort set al velstandsskabelse på internettet, siger Geordie Rose, D-Waves grundlægger og teknologichef. I maskinlæring, en gren af ​​kunstig intelligens, undersøger software information om verden og formulerer en passende måde at handle på i fremtiden. Det understøtter teknologier som talegenkendelse og produktanbefalinger og er en prioritet for forskning foretaget af virksomheder, såsom Google og Amazon, der er afhængige af big data.

Vores kunder i efterretningssamfundet har mange komplekse problemer, som beskatter klassisk computerarkitektur, sagde Robert Ames, vicepræsident for informations- og kommunikationsteknologier hos In-Q-Tel, i en erklæring, der blev offentliggjort i dag. In-Q-Tels primære kunde er CIA, og National Security Agency er en anden. Begge er kendt for at investere stort i automatiseret efterretningsindsamling og analyse.

Rose, en selvsikker canadier med en guitar og samurai-sværd støttet i hjørnet af sit vinduesløse kontor, har gjort store krav til journalister siden 2007, da han afslørede D-Waves første proof-of-concept-processor ved en højprofileret begivenhed kl. Computer History Museum i Mountain View, Californien. Deltagerne så en D-Wave-processor (tilsyneladende) løse sudoku-gåder og finde et tæt match til et bestemt lægemiddelmolekyle i en samling af andre forbindelser. Men i ugerne, månederne og årene efter regnede skepsis og beskyldninger om svindel ned over virksomheden fra akademiske eksperter i kvantecomputere. Roses indledende forudsigelser om, hvor hurtigt virksomheden ville øge størrelsen og kapaciteten af ​​sine chips, faldt af vejen, og virksomheden, selvom den stadig var velfinansieret, var offentlig stille.

Tilmelding til Bezos og In-Q-Tel – virksomhedens hidtil mest fremtrædende støttespillere – er den seneste i en række af begivenheder, der tyder på, at D-Wave mener, at den er klar til endelig at svare på sine kritikere. I maj 2011 har virksomheden udgivet et papir i det prestigefyldte tidsskrift Natur som kritiske akademikere sagde, var den første til at bevise, at D-Waves chips har nogle af de kvanteegenskaber, der er nødvendige for at bakke op om Roses påstande. Forskere af kunstig intelligens hos Google logger regelmæssigt på en D-Wave-computer over internettet for at prøve det, og i 2011 så virksomheden også underskrive sin første kunde. Forsvarsentreprenøren Lockheed Martin betalte 10 millioner dollars for en computer til forskning i automatisk detektering af softwarefejl i komplekse projekter såsom det forsinkede F-35 jagerfly (se Tapping Quantum Effects for Software that Learns). Der er stadig spørgsmål om, hvordan dens teknologi fungerer, men D-Wave siger, at flere beviser er på vej. Det forbereder en forbedret processor, som Rose kalder virksomhedens første rigtige produkt frem for et stykke forskningsudstyr. D-Wave forventes at annoncere andre større kunder i de kommende måneder.

Koldt sted

Træd ind i D-Waves kontorpakke i stueetagen, og du bliver mødt af intetsigende mødelokaler, kontorer og aflukker. Men åbn den rigtige dør fra hovedkorridoren, og du kommer ind i et lyshvidt laboratorierum domineret af fire sorte monolitter - D-Waves computere. De er groft kubeformede og omkring 10 fod høje og udsender en rytmisk, høj tone, når superkølede gasser cirkulerer indeni. Hver af maskinerne har en dør på siden og er for det meste tom, med hvad der ligner en strålepistol, der falder ned fra loftet, en stabel med stor afstand af fem metalskiver af faldende størrelse holdt sammen med kabler, stivere og rør belagt med guld og kobber. Det er faktisk en kold pistol: strukturen er en kølig -452 °F (4 °Kelvin) i den brede ende og et par tusindedele af en grad over det absolutte nulpunkt ved dens spids, hvor D-Waves tomme-kvadrat-chip kan findes . Ikke engang de dybeste dele af rummet er så kolde eller så afskærmet fra magnetiske felter som denne chip, der er ætset på en fabrik i Silicon Valley fra en niobiumlegering, der bliver superledende ved ultralave temperaturer.

Processoren i hver computer, du har brugt, er lavet af silicium og mønstret med transistorer, der skaber logiske porte - kontakter, der enten er tændt (repræsenteret af et 1 i computerens programmering) eller slukket (et 0). D-Waves processorer består også af elementer, der skifter mellem 1 og 0, men de er sløjfer af niobiumlegering - der er 512 af dem i den nyeste processor. Disse sløjfer er kendt som qubits og kan fange elektrisk strøm, som cirkler inde i sløjferne enten med uret (betegnet med et 0) eller mod uret (1). Mindre superledende sløjfer kaldet koblere forbinder qubits, så de kan interagere og endda påvirke hinanden til at vende mellem 1 og 0.

Denne delikate opsætning er designet således, at layoutet af qubits er i overensstemmelse med en algoritme, der løser en bestemt form for optimeringsproblem i kernen af ​​mange opgaver, der er svære at løse på en konventionel processor. Det er som en specialiseret maskine på en fabrik, der er i stand til at gøre én ting rigtig godt, på en bestemt slags råmateriale. Udførelse af en beregning på D-Waves chip kræver at levere det pågældende råmateriale i form af de tal, der skal føres ind i dens hårdkodede algoritme. Det gøres ved at sætte qubits i et mønster af 1'ere og 0'ere og finjustere, hvordan koblerne tillader qubits at interagere. Efter en ventetid på mindre end et sekund, sætter qubits sig i nye værdier, der repræsenterer en lavere energitilstand for processoren og afslører en potentiel løsning på det oprindelige problem.

Det, der sker under den afgørende ventetid, er en slags kvantemekanisk argument. Qubitterne går ind i en mærkelig kvantetilstand, hvor de samtidig er både 1 og 0, ligesom Schrodingers kat er både død og levende, og låser sig ind i en mærkelig synkronicitet kendt som entanglement, et fænomen, der engang blev beskrevet af Einstein som uhyggeligt. Det gør det muligt for systemet af qubits at udforske enhver mulig endelig konfiguration på et øjeblik, før den sætter sig ind i den, der er enklest eller meget tæt på den.

Det er i hvert fald, hvad D-Waves videnskabsmænd siger. Der står mange spørgsmål tilbage om, hvad der egentlig sker inde i virksomhedens chips, ikke mindst i hovedet på virksomhedens egne fysikere, ingeniører og dataloger. Vi bygger dette system empirisk, ikke kun efter teorien, siger Jeremy Hilton, D-Waves vicepræsident, der leder dets processorudvikling. Han og virksomhedens andre ingeniører ved ikke med sikkerhed, hvad der sker i chippen, men så længe hvert design genererer svar på de stillede problemer, kan de finere detaljer af kvantefysikken, der finder sted indeni, vente på retrospektiv validering.

Det er en holdning, der ser ud til at have spillet godt hos investorer, men den ranker stadig akademikere. På ingeniørniveau har de sammensat et setup, der er imponerende på forskellige måder, siger Scott Aaronson, en MIT-professor, der studerer grænserne for kvanteberegning. Men med hensyn til beviserne for, at de løser problemer ved hjælp af kvantemekanik hurtigere, end du kunne klassisk, tror jeg ikke, det er der endnu. En voldsom kritiker af D-Wave i årene efter dens 2007-demo, Aaronson mildnede sin holdning sidste år efter virksomhedens Natur papir, der viser kvanteeffekter. Tidligere var der en enorm kløft mellem markedsføringspåstandene og hvor videnskaben var, og det er faldet, men der er stadig et hul, siger Aaronson, der besøgte virksomhedens laboratorier i februar. Bevisbyrden ligger på dem, og de har ikke mødt byrden endnu.

Aaronsons største klage er, at designet af D-Waves system sandsynligt kunne løse problemer uden kvanteeffekter, i hvilket tilfælde det simpelthen ville være en meget mærkelig konventionel computer. Han og andre kritikere siger, at virksomheden stadig skal bevise to ting: at dens qubits virkelig kan komme ind i superpositioner og blive viklet ind, og at chippen leverer en betydelig kvantehastighed i forhold til en klassisk computer, der arbejder på det samme problem. Indtil videre har virksomheden fremlagt bevis for ingen af ​​dem i et peer-reviewet forum.

Rose siger, at D-Wave arbejder på at bevise beviser for sammenfiltring, og at nylige head-to-head tests mod klassiske computere viste, at den går videre med den slags computerproblem, som den er designet til at løse.

Aaronson siger også, at den måde, D-Waves processor er hårdkodet til en bestemt type problem, vil hæmme rækken af ​​problemer, den kan løse. Derudover betyder det relativt lille antal qubits på processoren i dag, at den kun kan håndtere bittesmå strenge af data. At bruge matematiske tricks til at oversætte et problem til den rigtige form for at håndtere disse begrænsninger, og at vende processen, når først D-Waves chip har givet sit svar, kan forårsage betydelige opbremsninger, siger Aaronson. Rose påpeger, at en kvanteprocessor vil være hurtig nok til at overvinde sådanne straffe, og han siger, at han har ingeniører, der arbejder på måder til automatisk at oversætte normal programmeringskode til, hvad en D-Wave-chip har brug for.

Hvorvidt D-Wave kan tilfredsstille Aaronson og andre skeptikere, betyder ikke nødvendigvis noget for investorer og teknologivirksomheder. Det skyldes, at i så mange forretningsområder er computerkraft afgørende for at bevare en konkurrencefordel, siger Steve Jurvetson , en partner hos venturekapitalfirmaet Draper Fisher Jurvetson, som har investeret i D-Wave to gange og kalder det den mest enestående swing-for-the-fences-teknologi, han nogensinde har finansieret. Ansøgningspladsen til dette, siger han, er overalt, hvor vi har været nødt til at falde tilbage på en heuristik – en tommelfingerregel – for at løse et problem: daghandlere, molekylær modellering, alle inden for e-handel og Googles og Microsofts. verden. Virksomheder som Lockheed, Amazon og store farmavirksomheder kender bedst til grænserne for konventionelle computere og vil være først i rækken, siger Jurvetson, men det kan også gavne at designe en ny bil eller en ny onlinebutik.

Virksomheder og statslige organer har en anden, måske mere presserende motivation til at tage en chance for en startup, der har en forførende idé, men nogle få problematiske løse ender. Der er god grund til at tro, at den eksponentielle vækst i computerkraft set over de sidste par årtier er ved at være slut, siger Bob Lucas, der leder forskning i supercomputing og kvantecomputere ved University of Southern California, hvor Lockheeds D-Wave-computer er installeret. Mange af de regelmæssige fremskridt inden for computerkraft er kommet fra forbindelser på chips, der krymper år efter år, men med den førende chipproducent Intel, der i øjeblikket arbejder på at gøre dem kun 14 nanometer i diameter, er der ikke meget mindre ting kan få. Vi lever i de sidste 10 år med eksponentiel vækst af [klassisk] computerkraft, og alternativer til det vil blive mere interessante, siger Lucas. Han tilføjer, at han gennem sine eksperimenter med Lockheeds D-Wave-system er blevet konverteret fra meget skeptisk til forsigtig optimistisk over for teknologien.

skjule