Panimula sa quantum computing
Mga layunin sa pagkatuto​
Sa pagtatapos ng modyul na ito, mas mauunawaan mo ang:
- Ang business case para sa quantum computing
- Mga milestone at breakthrough sa quantum computing sa paglipas ng panahon
Isang bagong paraan para tugunan ang mga kumplikadong problema​
Ang mga quantum computer, kahit dating malaking eksperimento sa laboratoryo, ay available na ngayon bilang cloud-based computing resources na kayang magsagawa ng mga kalkulasyong hindi kayang eksaktong i-simulate ng mga klasikal na computer. Patuloy na isinasaalang-alang ng mga negosyo kung paano maaaring makaapekto ang quantum computing sa kanilang industriya. Ipapakilala ng training na ito sa iyo ang quantum computing at ang potensyal nitong business value. Bukod pa rito, hahanda ka rin ng training na ito na sagutin ang mga tanong habang sisimulan mo ang iyong quantum computing journey. Nag-aalok ang IBM Quantum® ng maraming resources para matuto ka tungkol sa quantum computing, anuman ang iyong papel sa iyong organisasyon.
Anong mga problema ang maaaring malutas ng quantum computing?​
Ginagamit ng quantum computing ang mga batas ng quantum mechanics para malutas ang mga kumplikadong problemang matematikal. Kapag nakaharap ang mga siyentipiko at inhinyero sa mga mahirap na problema, karaniwang lumalayo sila sa mga supercomputer — malalaking klasikal na computer na may libu-libong central processing unit (CPU) at graphics processing unit (GPU). Gayunpaman, kahit napakahusay ng mga klasikal na supercomputer sa ilang uri ng problema, nahihirapan sila sa mga problemang maraming variable na nakikipag-ugnayan sa mga kumplikadong paraan. Makakatulong ang quantum technology na lampasan ang mga hadlang ng kumplikasyon na ito para tugunan ang mahahalagang problema sa iba't ibang industriya sa buong mundo.
Magsimula tayo sa panonood ng video na ito tungkol sa mga uri ng problema na maaaring malutas ng mga quantum computer, na inilalahad ni Katie Pizzolato, Direktor ng IBM Quantum Theory and Computational Science sa IBM Quantum.
Kabilang sa mga lugar na itinuturing na partikular na promising para sa mga application ng quantum computing ang:
- Simulation - Simulation ng mga pisikal o kemikal na sistema na likas na quantum mechanical na sa kalikasan.
- Optimization - Paghanap ng pinakamainam na solusyon sa mga kumplikadong problema, karaniwang isinasaalang-alang bilang mga minimization problem.
- Data na may kumplikadong istruktura - Paggamit ng quantum computing para tuklasin ang mga bagong modelo sa machine learning at data science.
Ang business case para sa quantum computing​
Kahit hindi papalitan ng quantum computing ang mga konvensyonal na computer, kumakatawan ito sa isang bagong computing paradigm. Isang kamakailang ulat ng IBM® Institute for Business Value, The Quantum Decade, ay nagbabalangkas ng mga pangunahing driver para sa susunod na henerasyong ito ng computing. Isaalang-alang ang mga aspetong ito sa pagsusuri ng quantum para sa iyong negosyo:
Mga pandaigdigang priyoridad – Habang nahaharap ang mga buong industriya sa mas malaking kawalan ng katiyakan, ang mga business model ay nagiging mas sensitibo sa at nakasalalay sa mga bagong teknolohiya.
Ang kinabukasan ng computing – Ang pagsasama ng quantum computing, AI, at klasikal na computing sa hybrid multi-cloud workflows ay magdadala ng pinaka-makabuluhang rebolusyon sa computing sa loob ng 60 taon.
Ang discovery-driven enterprise – Mag-eevolve ang mga negosyo mula sa pag-analyze ng data patungo sa pag-discover ng mga bagong paraan para malutas ang mga problema.
Lumalaking presyon para malutas ang mga exponential na problema – Kabilang sa mga halimbawa ang pagtuklas ng mga bagong materyales, pagbuo ng gamot para harapin ang mga umuusbong na sakit, at muling pag-engineer ng mga supply chain para sa katatagan.
Quantum technology sa tipping point – Habang mabilis na lumalaki ang hardware at mga qubit, higit kailanman mahalaga na lumahok ang mga domain expert sa pagtuklas ng algorithm. Lalago ang kalidad, kapasidad, at iba't ibang uri ng mga circuit habang lumilitaw ang mga bagong algorithm.
Pag-scale ng quantum ecosystem – Ang open innovation ay nagtataguyod ng collaborative learning. Kailangang sanayin ang mga practitioner at siyentipiko para ilapat ang quantum computing sa mga real-world na problema, habang ang mga pisiko at inhinyero ay maaaring lumikha ng hardware at software na may kaalaman mula sa domain-specific expertise.
Suriin ang iyong pag-unawa​
Basahin ang tanong sa ibaba, isipin ang iyong sagot, pagkatapos ay i-click ang tatsulok para makita ang solusyon.
Tama o mali: Papalitan ng mga quantum computer ang mga klasikal na computer sa hinaharap.
Mali. Ang quantum kasama ang klasikal na mga computer ay maaaring malapit nang mas mahusay kaysa sa paggamit ng mga klasikal na computer lamang sa isang makabuluhang gawain. Ang pagsasama ng quantum computing, AI, at klasikal na computing sa hybrid multi-cloud workflows ay magdadala ng pinaka-makabuluhang rebolusyon sa computing. Tinatawag natin itong bisyon ng konektadong quantum at klasikal na quantum-centric supercomputing.
Litrato ng isang modelo ng IBM Quantum System One, na naka-install sa Shin-Kawasaki para sa University of Tokyo. (Credit: Satoshi Kawase para sa IBM)
Mga potensyal na klase ng problema para sa quantum computing​
Para sa mas detalyadong impormasyon tungkol sa mga computational complexity class na ipinakilala ni Victoria sa video sa itaas, tingnan ang artikulong ito. Doon ay matututunan mo ang higit pa tungkol sa isang teoretikal na listahan ng mga problemang madaling malutas ng quantum computer na tinatawag na BQP — bounded-error quantum polynomial time.
Ang landas mula sa agham patungo sa mga sistema​
Ang nagpapakakaiba sa quantum computing ay ang kakayahan nitong malutas ang mga problemang hindi pa nareresolta ngayon, na sa huli ay nagbibigay ng business value. Kayang tuklasin ng quantum computing ang mga problemang ito dahil base ito sa quantum mechanics, na siyang pinakamalalim na paliwanag ng realidad na available. Sinasamantala ng quantum computing ang mga quantum mechanical phenomena para magproseso ng impormasyon.
Kahit itinuturing ng ilan ang quantum computing bilang isang makabagong larangan sa simula pa lamang ng ikot ng buhay nito, ang katotohanan ay ang teoryang nagsisilbing pundasyon ng quantum computing ay nagbabago na mula pa noong 1970s. Mahalaga na kilalanin ang ilan sa mga pangunahing milestone at breakthrough sa paglipas ng panahon, dahil ang dating sinusukat sa pulgada ng pag-unlad ay mabilis na lumago mula sa agham patungo sa mga sistema.
| 1970 | Si Charles H. Bennett ay maaaring naging unang taong sumulat ng parirala na "quantum information theory" noong Pebrero 24, 1970, habang nagtatrabaho bilang research scientist sa IBM. Ang kanyang tala ay isang harbinger ng napakalaking trabaho ng maraming iba pa na susunod, na humahantong sa mundo sa landas patungo sa quantum advantage. |
| 1981 | Si Richard Feynman, isang kilalang theoretical physicist, ay nakilala na ang potensyal ng mga quantum computer noong 1981. Sa unang Conference on the Physics of Computation, na inorganisa ng IBM at ng Massachusetts Institute of Technology (MIT), sikat siyang nagtapos ng kanyang keynote speech sa pahayag na "[...] nature isn't classical, dammit, and if you want to make a simulation of nature, you'd better make it quantum mechanical, and by golly it's a wonderful problem, because it doesn't look so easy." [1] |
| 1994 | Noong 1994, pinatunayan ni Peter Shor, isang matematisyan na noon ay nasa AT&T Bell Labs sa New Jersey, na ang isang ganap na gumaganang quantum computer ay kayang gumawa ng isang kahanga-hangang bagay: maaari itong basagin ang RSA encryption, isang popular na paraan ng pag-secure ng mga pribadong komunikasyon. Ipinakita niya na ang kanyang quantum algorithm ay kayang gawin sa ilang minuto ang maaaring abutin ng isang regular na computer ng habang-buhay ng uniberso para makuha. 2 |
| 1996 | Isang taon ang lumipas, si Lov Grover, isa ring Bell Labs scientist, ay nakalikha ng quantum algorithm na magpapahintulot sa mga tao na mabilis na maghanap sa mga hindi nakaayos na database. Nagdagsa ang mga siyentipiko sa larangan, at ang mga pagsulong sa hardware ay mabilis na sumunod sa mga breakthrough sa code. [2] |
| 1998 | Ang unang experimental na demonstrasyon ng isang quantum algorithm ay nakamit noong 1998. Isang gumaganang 2-qubit nuclear magnetic resonance (NMR) quantum computer ang ginamit para malutas ang problema ni Deutsch nina Jonathan A. Jones at Michele Mosca sa Oxford University at kaagad pagkatapos ni Isaac L. Chuang sa IBM Almaden Research Center at Mark Kubinec at ang University of California, Berkeley, kasama ang mga katrabaho sa Stanford University at MIT. [3] |
| 2001 | Noong 2001 nakita ang unang pagpapatupad ng algorithm ni Shor sa IBM Almaden Research Center at Stanford University. Ang numero 15 ay na-factor gamit ang 1018 na magkaparehong molekula, bawat isa ay naglalaman ng pitong aktibong nuclear spin. [4] |
| 2005 | Sa kalagitnaan ng 2000s, ang larangan ng pananaliksik ay nakabuo ng ilang uri ng superconducting qubit, bawat isa ay may sariling mga kalamangan at kahinaan. Noong 2007, nakahanap ang isang koponan sa Yale ng paraan para pagsamahin ang ilan sa mga diskarteng ito para malampasan ang kanilang mga indibidwal na kakulangan, pinangalanan ang bagong disenyo na "transmon qubit." Ang transmon qubit ay magiging sentro ng mga pagsisikap ng maraming kumpanya na magbuo ng mga quantum computer, kabilang ang IBM Quantum, Google AI, at Rigetti Computing. Ang isang miyembro ng Yale team, si Jay Gambetta, ay naging Vice President of Quantum Computing para sa IBM Research. |
Layout ng IBM four-qubit superconducting quantum computer na inihayag noong 2015. (Credit: IBM Research)
| 2016 | Noong Mayo 2016, naging unang kumpanya ang IBM na naglunsad ng cloud quantum computing service na may kasamang tunay na mga quantum computer, na tinatawag na IBM Quantum Experience. [5] |
IBM Quantum Composer sa isang tablet sa IBM Research (Credit: Connie Zhou para sa IBM)
| 2017 | Noong Marso 2017, inilabas ng IBM ang Qiskit, isang open-source quantum programming framework. [6] Noong Disyembre 2017, inilunsad ang IBM Quantum Network para magtatag ng isang quantum computing commercial ecosystem. |
| 2019 | Binuksan ng IBM ang Quantum Computation Center sa New York, na nagdadala sa pinakamalaking fleet ng mga quantum computer sa buong mundo online. |
Ang IBM Quantum data center sa Poughkeepsie, NY. (Credit: James O'Connor, IBM)
| 2020 | Noong Setyembre 2020, naglabas ang IBM ng development roadmap para lumipat mula sa mga maingay at maliit na quantum computer ng panahon patungo sa mga quantum computer na may mahigit isang milyong qubit sa hinaharap. Itinatakda ng roadmap ang kurso para maabot ang milestone ng isang 1,121 qubit quantum computer sa taong 2023, 1,386+ qubit sa 2024, at mahigit 4,000 qubit sa 2025. |
| 2021 | Sa tagsibol ng 2021, inihayag ng IBM ang paglabas ng Qiskit Runtime, isang containerized execution environment para sa mga quantum-classical program na nag-aalis ng ilan sa mga pinakamalaking bottleneck sa pagganap ng workload. [7] Noong Nobyembre 2021, nakamit ng IBM ang isang pangunahing milestone sa quantum computing nang mabasag nito ang hadlang ng 100-qubit processor gamit ang Eagle, isang 127-qubit quantum processor. [9] |
| 2022 | Noong Abril 2022, inilunsad ng IBM ang Qiskit Runtime primitives, pinasimple ang karanasan ng developer at nagbibigay-daan sa mga user na makakuha ng mas makabuluhang resulta mula sa mga quantum computer. [10] Noong Mayo 2022, naglabas ang IBM ng isang na-update na roadmap na inaasahan ang isang paparating na panahon ng quantum-centric supercomputing kung saan ang modularity at iba't ibang teknik sa komunikasyon ay magpapataas ng computational capacity. [11] Noong Nobyembre 2022, ipinakilala ng IBM ang kanilang 433-qubit IBM Quantum Osprey processor — ang pinakamalaki hanggang sa kasalukuyan gamit ang mga superconducting qubit. [12] Sa parehong buwan, naglunsad din ang IBM ng Dynamic Circuits — mga computational circuit na gumagamit ng quantum at klasikal na resources para paganahin ang mid-circuit measurement at feed-forward operation [13] — at inihayag ang mga bagong opsyon sa resilience level para sa Qiskit Runtime primitives na nagpapahintulot sa mga user na mag-eksperimento sa mga tool para sa error suppression at mitigation. [14] Gumagawa ang IBM ng mga hakbang tungo sa pagsasakatuparan ng quantum-centric supercomputing sa pamamagitan ng paglabas ng advanced middleware kabilang ang Circuit Knitting Toolbox, sa 2025. |
Inihayag noong 2022 sa IBM Quantum Summit, ang IBM Quantum Osprey processor ay nagtatampok ng 433 qubit. (Credit: Connie Zhou para sa IBM)
| 2023 | Ang Evidence for the utility of quantum computing before fault tolerance ay isang papel na itinampok sa cover ng Nature noong Hunyo 2023, isang kolaborasyon sa pagitan ng IBM at UC Berkeley. Ang mga kumplikadong pisikal na simulation ay isinagawa ng mga siyentipiko sa IBM Quantum sa 127-qubit IBM Quantum Eagle processor. Sabay-sabay na pinatakbo ang mga simulation gamit ang mga pinakamakabagong klasikal na approximation method sa mga supercomputer na matatagpuan sa Lawrence Berkeley National Lab at Purdue University. Mas tumpak ang mga sagot ng Eagle kaysa sa mga klasikal na approximation method, kahit sa rehiyon na lampas sa kakayahan ng mga brute force na pamamaraan. |
Nature cover story sa quantum utility na inilathala noong Hunyo 14, 2023
| 2023 | Noong 2023 inihayag ng IBM ang aming Heron chip, may code name na montecarlo. Sa una ay may 133 qubit at na-update sa 156 qubit noong 2024, isinasama ng Heron ang isang bagong tunable coupler architecture. Nagpapakita ang Heron ng makabuluhang pagpapabuti kumpara sa pinakamahusay na Eagle processor, na may kalahating gate error rate, halos zero crosstalk, at makabuluhang pinahusay na gate time. Ginagamit ng Heron ang malalaking pagbabago sa signal delivery na dating na-deploy sa Osprey. Ang mga signal na kinakailangan para paganahin ang mabilis at mataas na katumpakan ng two-qubit at single-qubit control ay inihahatid gamit ang high-density flex cabling. |
Inihayag noong 2023 sa IBM Quantum Summit, ang IBM Quantum Heron processor ay nagpapakita ng malaking pagpapabuti kumpara sa mga Eagle processor.
Hindi madaling hulaan kung kailan eksaktong maaaring mas mahusay ang quantum computing kaysa sa mga pamamaraang ginagamit ngayon. Gayunpaman, para manguna sa mabilis na paparating na panahon ng quantum computing at tugunan ang mga kumplikadong problema, kailangang magsimulang maghanda ngayon ang mga negosyo at organisasyon ng pananaliksik. Dahil sa matarik na learning curve, ang maagang pagsisimula sa pagkatuto at eksperimento ay maaaring maging competitive advantage. Ang quantum computing readiness ay isang patuloy na nagbabagong estado na nakasalalay sa diskarte ng isang organisasyon sa at pamumuhunan sa inobasyon, gayundin ang mga bagong talento at kasanayan, at pangkalahatang digital maturity. Kasama sa readiness ang pag-adopt ng mga enabling technology tulad ng automation, AI, at hybrid multi-cloud; kahandaang mag-analyze, mag-eksperimento, at ulitin sa pinalawak na computing capabilities; ang sopistikasyon ng mga workflow; at kasanayan ng organisasyon.
Suriin ang iyong pag-unawa​
Basahin ang tanong sa ibaba, isipin ang iyong sagot, pagkatapos ay i-click ang tatsulok para makita ang solusyon.
Tama o mali: Unang naikonsepto ang quantum computing noong 1990s.
Mali. Kahit ang unang experimental na quantum computer ay nilikha noong 1998, ang potensyal ng quantum computing ay nakilala na ni Richard Feynman noong 1981.
Mga pangunahing aral​
Maaari mong isaalang-alang ang mga pangunahing araling ito:
- Kumakatawan ang quantum computing sa isang bagong computing paradigm na maaaring magtrabaho nang magkasama sa mga konvensyonal na computer.
- Magbibigay-daan ito sa atin na maunawaan ang ating mundo sa ibang paraan at malutas ang ilang dating hindi malulutas na mga problema.
- Kahit hindi pa kayang lampasan ng quantum computing ang mga pamamaraang ginagamit ngayon, maaaring magsagawa ng mga hakbang ngayon ang mga organisasyon para maghanda para sa pundamental na pagbabagong ito sa computing.
Mga sanggunian​
[1] Richard P. Feynman, "Simulating Physics with Computers," International Journal of Theoretical Physics 21, nos. 6–7 (1982): 467–488.
[2] Robert Hackett, "Business Bets on a Quantum Leap," Fortune, May 21, 2019.
[3] Isaac L. Chuang, Neil Gershenfeld, and Mark Kubinec, "Experimental Implementation of Fast Quantum Searching," Physical Review Letters 80, no. 15 (1998): 3408–3411.
[4] Lieven M. K. Vandersypen et al., "Experimental Realization of Shor's Quantum Factoring Algorithm Using Nuclear Magnetic Resonance," NATURE 414 (2001): 883–887.
[5] qiskit log, GitHub repository.
[6] Jay Gambetta, "IBM's Roadmap for Scaling Quantum Technology," IBM Research Blog, September 15, 2020.
[7] Ismael Faro and Blake Johnson, "IBM Quantum Delivers 120x Speedup of Quantum Workloads with Qiskit Runtime," IBM Research Blog, May 11, 2021.
[8] Matthew Treinish, Ali Javadi-Abhari, and Stefan Wörner, "New Qiskit Design: Introducing Qiskit Application Modules," IBM Research Blog, April 6, 2021.
[9] Jerry Chow, Oliver Dial, and Jay Gambetta, "IBM Quantum Breaks the 100-Qubit Processor Barrier," IBM Research Blog, November 16, 2021.
[10] Blake Johnson and Gilah Ben-Shach, "Qiskit Runtime Primitives Make Algorithm Development Easier Than Ever," IBM Research Blog, April 12, 2022.
[11] Jay Gambetta, "Expanding the IBM Quantum Roadmap to Anticipate the Future of Quantum-centric Supercomputing," IBM Research Blog, May 10, 2022.
[12] Jay Gambetta, "Quantum-centric Supercomputing: The Next Wave of Computing," IBM Research Blog, November 9, 2022.
[13] Blake Johnson, "Bringing the Full Power of Dynamic Circuits to Qiskit Runtime," IBM Research Blog, November 9, 2022.
[14] Blake Johnson, Tushar Mittal, and Jeannette Garcia, "Introducing New Qiskit Runtime Capabilities — and How Our Clients Are Integrating Them into Their Use Cases," IBM Research Blog, November 9, 2022.