Могут ли квантовые вычисления действительно решить что-нибудь полезное?

Опасность в том, чтобы быть ботаником по квантовым вычислениям - или фанатом для тех из нас, кто менее склонен к самоуничижению, - это то, что неизбежно возникает очевидный вопрос. И этот вопрос: «Но что может квантовый компьютер делать такого, чего не может классический компьютер?»

Если честно, это немного интересный вопрос. Не потому, что квантовые вычисления не могут сделать ничего крутого в реальном мире, а потому, что наши ограниченные умы не совсем сумели разработать алгоритмы, которые были бы ужасно полезными для преимуществ, которые, возможно, могли бы предложить квантовые эффекты. Если бы это было, например, духовное затруднение, это было бы похоже на попытку человека осмыслить концепцию всеведущего, всемогущего божества. Это сложно, потому что мы не знаем того, чего не знаем.

В очень небольшой области того, что мы в настоящее время определили как относящееся к квантовым вычислениям, квантовые компьютеры могут работать со списком известных алгоритмов в Quantum Algorithm Zoo. Но этот список, как и другой в Википедии, находится в стадии разработки. Нужно чувствовать себя комфортно, углубляясь в сферу продвинутых математических систем - оракулов, как их называют, - что, как выясняется, является своего рода ограничивающим фактором.

Текущая - и довольно суровая - правда состоит в том, что на самом деле нет никаких реальных проблем, которые можно решить только с помощью квантового компьютера. По крайней мере, сейчас. Все, что нас сейчас волнует, скорее всего, можно решить на классическом компьютере, если вы дадите ему несколько миллионов или миллиардов лет (и много энергии). Не каждому гвоздю для вычислений нужен молоток для квантовых вычислений. Кэти Пиццолато, директор IBM QStart, и Уильям Херли, основатель и генеральный директор Strangeworks, стартапа в области квантовых вычислений в Остине, штат Техас, поделились своими мыслями о текущем состоянии квантовых вычислений.

Нельзя отрицать потенциал квантовых вычислений
«Мы все еще находимся на ранней стадии квантовых вычислений, и, по крайней мере, через несколько лет до того, как мы сможем решать проблемы, которые классические компьютеры не могут», - сказал Пиццолато, добавив, однако, что это не значит, что люди еще не пытались . «У нас есть более 130 организаций, представляющих компании из списка Fortune 500, академические учреждения, исследовательские лаборатории, правительственные лаборатории и стартапы по всему миру, которые сегодня экспериментируют с реальными бизнес-проблемами на реальном квантовом оборудовании», - сказала она.

Причина, по которой квантовые вычисления продолжают захватывать наше воображение и вызывать такой большой интерес, заключается в том, что их потенциальная скорость для решения определенного набора проблем по-прежнему чрезвычайно интригует, даже если мы еще не совсем достигли этого. Теоретически уровень сложности квантового компьютера означает, что он может решать эпические задачи в самых разных отраслях, от фармацевтики до транспорта, инфраструктуры, финансов и кибербезопасности. Это связано с тем, что квантовые компьютеры умеют вычислять безумно большие числа и решать математические головоломки, такие как задача коммивояжера, которая быстро перегружает классический компьютер.

«Я думаю, что публика, скорее всего, упустит все чудо квантовых вычислений», - сказал Херли. «Они будут затронуты этим, но, скорее всего, не будут непосредственными пользователями, и поэтому, вероятно, не будут застигнуты врасплох». Херли сказал, что вряд ли в ближайшее время будет разработан алгоритм типа «убийственного приложения», на который будут указывать люди при обсуждении возможностей квантовых вычислений.

Итак, зачем вообще увлекаться этим, если так сложно даже придумывать реальные проблемы, которые нужно решить? По словам Херли, то, что квантовый компьютер не может решить большую проблему реального мира, не означает, что он не может помочь в этом процессе. В самом деле, он считает, что некоторые вычислительные сложности, обнаруженные в исследованиях изменения климата и рака, были бы хорошими кандидатами для исследования с точки зрения квантовых вычислений.

«Хотя я не уверен, что квант« решит »любую из них, я действительно думаю, что это окажет огромное влияние на состояние дел в обеих областях», - сказал он.

Пиццолато с оптимизмом смотрит на влияние квантовых вычислений на многие области науки и технологий. «Идеи, лежащие в основе этого, являются принципиально инновационными, и постоянно исследуются новые, - сказала она. Квантовые исследователи постоянно «раздвигали границы того, что можно сделать с помощью квантового компьютера, и в то же время выясняли, как он может повлиять на мир, в котором мы живем», - сказала она. Однако для этого требуется постоянное взаимодействие с технологическими лидерами в таких отраслях, как сектор финансовых услуг, энергетика, электроника, автомобилестроение, химия, здравоохранение и авиалинии.

В течение следующего десятилетия Pizzolato возлагает большие надежды на такие вещи, как моделирование новых материалов или открытие лекарств.

«Есть некоторые проблемы, для решения которых квантовые компьютеры имеют естественное экспоненциальное преимущество перед традиционными компьютерами, например, те, которые являются фундаментально квантовыми по своей природе, например, квантовая химия», - сказал Пиццолато. По ее словам, машинное обучение - еще один хороший кандидат на ускорение квантовых вычислений. «Мы ожидаем, что дополнительные исследования позволят получить преимущество в практическом применении», - сказала она.

По словам Херли, тот факт, что широкая публика еще не видит ощутимых результатов от квантовых вычислений, не означает, что это не имеет значения для реальных проблем. «Я думаю, мы видим это в миллиардах долларов, которые правительства вкладывают в квантовые вычисления», - сказал он. «Это намного важнее, чем люди могут подумать на первый взгляд.

США недавно объявили об инициативе в области квантового и искусственного интеллекта на 1 миллиард долларов, которая включает 300 миллионов долларов на создание новых лабораторий Министерства энергетики, ориентированных на квантовые вычисления.

Заключение
Возможно - так же, как суперкомпьютер «Глубокая мысль» Дугласа Адамса в «Автостопом по Галактике», ответ которого на «Главный вопрос жизни, Вселенной и всего остального» составляет 42 года, - это не решение вопросов, которые мы знаем, как решать спрашивают, но задают правильные вопросы, которые могут решить квантовые вычисления.

Потому что знаете, чего не может квантовый компьютер ? Он не может сказать вам, может ли он сделать что-нибудь полезное. И творческий человек из нас может сам в этом разобраться.