CES 2020, IBM и первое настоящее коммерческое применение нового квантового компьютера

    image План статьи:
    1. Инфоповод – неожиданное заявление IBM на CES 2020.
    2. А что же мы ожидали?
    3. Технология квантовых компьютеров IBM развивается быстрее планов (в действительности – нет).
    4. Возникновение новых отраслей прямо сейчас.
    5. Мы угадали момент, вот наши книги для вас.

    Традиционно на первой неделе января в Лас-Вегасе проходит крупнейшая международная выставка CES, где все ведущие технологические компании мира анонсируют львиную долю передовых разработок. Не исключение и IBM, неожиданно объявившая о первом коммерческом использовании своего новейшего квантового компьютера. Партнёром оказался автоконцерн Daimler. Его деятельность по разработке электромобилей потребовала произвести высокоточные вычисления для симуляций характеристик молекул (литий-сера), которые планируется взять за основу нового поколения автомобильных твердотельных аккумуляторов. Лидеры этого рынка в данный момент связывают ближайший большой скачок отрасли электрического транспорта именно с технологией твердотельных литиевых аккумуляторов. Использование для расчётов квантового компьютера оказалось более привлекательным, чем традиционные высокопроизводительные вычисления на суперкомпьютерах. И вот почему это прекрасно.

    А что же здесь неожиданного? Мы-то чего ожидали?


    Анонс Q System на прошлом CES


    Ровно год назад, на CES 2019, был представлен IBM Q System One. Это квантовый компьютер с 20 кубитами, собственной системой охлаждения до сверхнизких температур и функционально самодостаточный во всех смыслах. Подробнее об этом событии можно прочесть в одной из моих заметок.

    Казалось, преждевременное заявление


    Тогда же было объявлено о том, что данная линейка квантовых компьютеров выходит за пределы исключительно исследовательских целей, это не инженерные образцы технологий, к которым дают свободный доступ. Теперь это продукт, целью которого является коммерциализация квантовых вычислений. В этом контексте доступ к новинке получили лишь компании, вступившие в специально созданную организацию. А сам Q System One спроектирован как самостоятельная вычислительная единица с возможностью доступа через облако и с разделением ресурсов.

    Тем не менее, для большей части наблюдателей и экспертов такой шаг показался преждевременным. Не было доказательств «квантового превосходства» (способности квантового компьютера на настолько сложные вычисления, что традиционный компьютер не сможет выполнить физически), при этом именно квантовое превосходство обычно рассматривается как веха, преодоление которой необходимо для коммерциализации технологии.

    Казалось, мы знаем, что будет через год


    Для многих уже тогда стало «понятно», чего же ожидать от IBM в ближайший год. Основываясь на стиле предыдущих анонсов, некоторых утечках и свежей информации, очевидным был следующий прогноз: IBM постарается привлечь как можно больше партнёров в свою сеть, на CES 2020 покажет очередную модель с 50 кубитами (которые всё ещё можно симулировать на обычных, доступных для технологических гигантов суперкомпьютерах), на этом до CES 2021 про тему можно будет забыть.

    По сути, почти никто не поверил в обоснованность и реалистичность намерений IBM.

    IBM не стал хвалиться «просто цифрами»


    Тем не менее, особо внимательным наблюдателям было за что зацепиться. А несколько месяцев назад вспыхнул маленький, но говорящий сигнальный огонь. IBM без шума и гонора запустила очередную модель с 53 кубитами. Они сделали больше кубитов, сделали раньше и не стали этим сильно хвалиться. Это был явный сигнал о том, что у них есть новости поважнее, которым и уделят своё внимание на CES.

    Технология квантовых компьютеров IBM развивается быстрее плана


    Обещали рост по закону Мура


    Учитывая количество серьёзных игроков, направивших свои инвестиции в тему квантовых вычислений, а также основываясь на предыдущей динамике исследований и опыте первой компьютерной революции, IBM поставили себе очень амбициозную задачу, на которую не посягнул больше никто, – обеспечить как минимум удвоение количества кубитов каждый год.

    Рост оказался быстрее обещаний


    При этом, если мы посмотрим на текущую динамику, результат будет даже лучше! 5 кубит в 2017-м, 16 кубит в 2018-м, 20 кубит в начале 2019-м, 53 кубита в конце 2019-го. Почти одиннадцатикратный рост за два года!

    В действительности в IBM просто смотрят на другие показатели, а рост идёт по плану


    Тем не менее, это вовсе не означает наступление сингулярности (прости, Рэй). В действительности рост происходит строго в соответствии с планом, просто у IBM за основу взят иной показатель.

    Квантовый объём (quantum volume) – специально разработанный и опубликованный показатель и методика оценки производительности реальных (в противовес к идеальным, недостижимым на текущем уровне развития техники) квантовых компьютеров. Используя эту оценку, мы увидим строгую прогрессию и сможем сделать прогноз о ближайших планах.


    Итак, в данный момент мы видим следующую картину:
    Кол-во кубит Квантовый объём Год
    5 4 2017
    16 8 2018
    20 16 Нач. 2019
    53 32 Кон. 2019
    80-128? 64 Кон. 2020

    Действительно, примерно раз в год происходит удвоение мощности по внутренней методике оценки. Учитывая отсутствие универсальной общепринятой метрики – вполне оправданно. Более того, мы имеем небольшой ряд данных, на основании которых можно предположить параметры следующего анонса. В конце 2020 года IBM представит новую модель, в которой будет от 80 до 128 физических кубит. Квантовый объём при этом составит 64 и, вероятно, будет достигнуто квантовое превосходство (по крайней мере, для некого спектра задач).

    По плану идёт и привлечение партнёров


    Частью бизнес-стратегии IBM является предоставление сервиса квантовых вычислений. Именно сервис, а не банальная продажа железа является уроком, вынесенным IBM по итогам текущей технологической эры. Для этого они создают и развивают собственную экосистему под названием Q Network. Организации, желающие получить конкурентное преимущество, вступают в эту сеть и получают доступ к самым свежим разработкам железа, консультантам, исследователям. Рассчитывает IBM на то, что первая экосистема сможет достаточно глубоко войти в наиболее передовые и значимые исследовательские и инвестиционные процессы партнёров, чтобы в будущем, при появлении конкурентов на рынке, оказалось невыгодно инвестировать в смену сервиса. Счёт уже перевалил за сотню партнёров, недавно к Q Network присоединились Delta Airlines, Goldman Sachs и Los Alamos National Lab.

    Возникновение новых отраслей прямо сейчас


    Именно сейчас развивается (NISQ)


    Те квантовые компьютеры, которые сейчас разрабатываются технологическими гигантами, во многом схожи с ранними микрочипами и техникой на них. Технологические ограничения заставляют выдумывать различные алгоритмические и композиционные ухищрения для получения полезного результата вычислений (например, как использовалась быстрая смена небольшого количества цветов пикселей для расширения доступной к восприятию цветовой палитры в видеоиграх).

    Нынешние квантовые компьютеры можно обозначить как Noisy Intermediate Scale Quantum (NISQ), поскольку результаты работы с кубитами зашумлены и технологии для надёжного хранения квантовой информации лишь проектируются – приходится пользоваться множеством трюков и костылей.



    Сейчас неочевидна польза от NISQ для каждой отрасли современных знаний, однако исследования и инновации, связанные с достижениями химии, биологии, экономики, могут найти выгоду от квантовых компьютеров прямо сейчас. Доказательством этого является событие из заголовка поста. Как минимум один серьёзный технологический концерн выбрал квантовые расчёты для обеспечения исследований в ключевой для его финансового будущего технологии. Оказалось, что квантовое превосходство не является обязательным условием для коммерциализации квантовых компьютеров.

    Какими темпами ожидается рост


    Конечно, наиболее наглядным критерием развития технологии является денежный оборот. И последние прогнозы, на мой взгляд, позволяют понять всю серьёзность происходящего. Так в 2020-х мировые расходы на квантовые вычисления достигнут сотен миллионов долларов ежегодно. А уже в 2030-х ежегодные расходы будут исчисляться десятками миллиардов.



    И всё это лишь на первом этапе развития технологий (NISQ). Переход к совершенно новым архитектурным и технологическим решениям (около 2045), вероятно, увеличит рынок ещё на порядок или порядки.

    Кто и как воспользуется технологией


    Среди первых, крупных, имеющих потенциал к применению квантовых компьютеров компаний можно назвать Samsung, Daimler, Honda, JP Morgan Chase, Barclays.

    Для Samsung интересны разработки в области новых материалов микроэлектроники и инновации её фабричного производства. Квантовые компьютеры нынешнего поколения могут быть в этом полезны. Ждём анонса.

    Daimler интересны разработки в области химии для аккумуляторов (что, как мы узнали, они и делают), а также решения в области навигации (область задач, как задача коммивояжёра, поддающаяся оптимизации расчётов на квантовых компьютерах, в отличие от классических).

    JP Morgan Chase заинтересован в новых подходах для финансового анализа, анализа рисков, трейдинга и т. п. Анонсов мы вряд ли дождёмся, просто богатые будут богатеть быстрее.

    Последствия для хай–тек- и айти- индустрий


    Быть недостижимым – не единственный способ быть лучше. Я думаю, это главная мысль, которую не воспринимают скептики квантовых вычислений. Лучшее враг хорошего, а в бизнесе зачастую достаточно быть лишь немного лучше по некоторым параметрам, чем недостижимо лучше по одному. Возможно, наиболее дорогие, востребованные, малочисленные суперкомпьютеры Земли будут способны в ближайшие года избегать квантового превосходства. Но это не является аргументом против развития и использования квантовых компьютеров, производящих те же расчёты без очереди доступа, за малую долю электроэнергии, сравнимое время и со сравнимой или превосходящей точностью.

    imageНаверняка можно сказать, что компании, в основе бизнеса которых лежит технологическое совершенство в областях применения NISQ, будут иметь конкурентное преимущество при их использовании. И учитывая целевую скорость развития квантовых вычислений, это преимущество будет драматически возрастать. Уже в ближайшие 5 лет каждая компания, рассчитывающая на лидерство и шанс в конкурентной борьбе, должна будет использовать квантовые компьютеры. А значит, мы прямо сейчас увидели рождение новой профессии – программист квантового компьютера.

    Мы угадали момент, вот наши книги для вас


    Год назад, после CES 2019 мы были среди тех, кто разглядел потенциал и решимость IBM в развитии технологий квантовых вычислений. Тогда же мы решили не откладывать на потом, а начать формировать базовый набор литературы для наших читателей. Просмотрев все существующие и планирующиеся к выходу книги зарубежных издательств, мы выбрали для вас лучшие. Ещё одна книга в работе и будет выпущена через несколько месяцев. Подпишитесь на наш блог, что бы не пропустить!

    Книга «Квантовые вычисления для настоящих айтишников»


    image Цель этой книги — познакомить с квантовыми вычислениями всех, кто знаком с курсом математики средней школы и готов немного потрудиться. В этой книге мы будем знакомиться с кубитами, запутанностью (квантовых состояний), квантовой телепортацией и квантовыми алгоритмами, а также с другими темами, имеющими отношение к квантовым компьютерам. Задача состоит не в том, чтобы дать смутное представление об этих понятиях, а в том, чтобы сделать их кристально ясными.

    Квантовые вычисления часто упоминаются в новостях: Китай телепортировал кубит с Земли на спутник; алгоритм Шора поставил под угрозу ныне используемые методы шифрования; квантовое распределение ключей снова сделает шифрование надёжным средством защиты; алгоритм Гровера увеличит скорость поиска данных. Но что всё это означает в действительности? Как всё это работает? Об этом Крис Бернхард и собирается рассказать.

    » Более подробно с книгой можно ознакомиться на сайте издательства
    » Оглавление
    » Отрывок

    Для Хаброжителей скидка 25 % по купону — Квантовые вычисления
    По факту оплаты бумажной версии книги на e-mail высылается электронная книга.

    Книга «Разработка с использованием квантовых компьютеров. программирование квантовых машин в облаке: Python, Qiskit, Quantum Assembly language и IBM QExperience»


    Открыт предзаказ на книгу, книга выйдет из типографии к концу января. На время предзаказа скидка! Научным редактором русскоязычного издания выступил Михаил Коробко aka Shkaff

    image Квантовые вычисления не просто меняют реальность! Совершенно новая отрасль рождается на наших глазах, чтобы создать немыслимое ранее и обесценить некоторые достижения прошлого.

    В этой книге рассмотрены наиболее важные компоненты квантового компьютера: кубиты, логические вентили и квантовые схемы, а также объясняется отличие квантовой архитектуры от традиционной. Вы сможете бесплатно экспериментировать с ними как в симуляторе, так и на реальном квантовом устройстве с применением IBM Q Experience.

    Вы узнаете, как выполняются квантовые вычисления с помощью QISKit (программный инструментарий для обработки квантовой информации), Python SDK и других API, в частности QASM. Наконец, вы изучите современные квантовые алгоритмы, реализующие запутанность, генерацию случайных чисел, линейный поиск, факторизацию целых чисел и др.
    Разберётесь с состояниями Белла, описывающими запутанность, алгоритмом Гровера для линейного поиска, алгоритмом Шора для факторизации целых чисел, алгоритмами оптимизации и многим другим.

    Вы научитесь:

    • Удалённо запускать программы, пользуясь Q Experience REST API.
    • Писать алгоритмы, обеспечивающие высочайшую производительность по сравнению с аналогами для традиционных компьютеров.
    • Создавать REST-клиент на Node.js для аутентификации, прослушивания удалённых устройств, запроса информации о квантовых процессорах, удалённого контроля и запуска экспериментов в облаке.
    • Использовать квантовую телепортацию. Воспользовавшись классическими вычислениями и квантовой запутанностью между отправителем и получателем, передавать точное состояние кубита (квантовой информации).
    • Программировать и играть в квантовый вариант «Морского боя».
    • Использовать Q Experience Composer для создания визуальных программ/экспериментов.

    » Более подробно с книгой можно ознакомиться на сайте издательства
    » Оглавление
    » Отрывок
    Издательский дом «Питер»
    Компания

    Комментарии 30

      +2

      А что там со связностью этих 53 кубитов? Насколько знаю, основной проблемой современных квантовых компьютеров является именно сильные ограничения на взаимосвязи кубитов.
      Без связности можно просто 5 блоков по 20 кубит поставить рядом — вуаля, 100-кубитный компьютер. Только пользы от такого механического объединения не будет.

        +2
        У них там больше проблем с декогеренцией. Скажем, у гугла были их 53 кубита запутанны целиком, только эта запутанность жила какие-то микросекунды. Думаю, у IBM то же самое.
        А так вы правы, в D-Wave уже тысячи кубитов, только с запутанностью беда (но это и не квантовый компьютер).
          +1
          У IBM гораздо хуже, так как ошибки двухкубитных операций раз в пять-семь выше. Да и 50-кубитной машины пока нет.
            0
            Так вроде написали, что у IBM 53 кубита тоже.
            так как ошибки двухкубитных операций раз в пять-семь выше.
            А почему у них так плохо?
              +1
              Другая архитектура. Намного проще в управлении, чем у Google, но больше ошибки операций.

              Что касается 53-кубтного процессора — на сайте IBM его не видно, читал только, что грозятся выкатить. Возможно, что уже и успели, но пока мы не слыхали.
                0
                Да, вы правы, если они и есть (для коммерции), то об этом не пишут.
                  +2
                  Насколько я понял из множества пропозалов и отчётов IBM — доступ и в целом информацию о самых свежих моделях КК они дают лишь членам своей Q Network, что собственно и является главным стимулом к ним присоединиться. Спустя несколько месяцев о новой модели КК рассказывают миру, а затем КК прошлого поколения передают в свободный доступ для экспериментов через облако для всех желающих (как с предыдущими 5, 16 кубитными моделями). Соответственно в ближайшее время произведут и запустят ещё несколько 53х кубитных машин и предыдущие Q System One с 20ю кубитами отдадут в общий доступ, а о текущем флагмане напишут на сайте как о завлекалове для новых партнёров (уже вместе с примерами использования, вероятно Samsung и/или Honda тоже что-то позволят рассказать).
                    0
                    Так сейчас есть или нет в Q Network доступ к 53-кубитной машине?
                      0
                      Наше издательство Питер не состоит в ней, по этому наверняка сказать не могу. Но учитывая обещание пустить её в работу в октябре и вот этот самый анонс на CES — видимо всё есть и работает.
                        0
                        Похоже, что нет. Были обещания, но следов, что запустили, нет нигде — в том числе и в новостях.
                          +1
                          Ну вот у них на сайте в том самом посте пишут, что есть.
                          Recent advances in quantum computing have resulted in two 53-qubit processors: one from our group in IBM and a device described by Google in a paper published in the journal Nature.
                            +1
                            Они подразумевают, что есть где-то в закромах, а публике еще не представлено.
            0
            Главная проблема не связность, а ошибки операций. Если говорить о квантовых компьютерах, работающих на основе гейтовой модели.
              +1
              Ну да, о том и речь.
                +1
                Не туда ответил.
            +3
            В IBM пользуются метрикой Квантовый объём (quantum volume), которая для 53х кубитной модели составляет 32. Есть в сети схема 53х кубитного чипа, однако я не уверен на сколько она соответствует действительности т.к. значительно отличается от 50ти кубитной схемы, которую точно планировали делать IBM до этого:
            Точная схема 20ти кубит и планировавшаяся 50ти кубит

              +1

              Судя по схемам со связностью всё пока печально

                +1
                Квантовый объем несколько сложнее простого учета запутанности, и учитывает кучу разных факторов.
                Картинка
                image


                В моем представлении программируемый КК комьютер значит, что любые два кубита могут быть запутанны, т.е. нет «блоков», о которых говорит AlexanderplUs.
                0
                Главная проблема вовсе не связность, а ошибки операций. Если говорить о квантовых компьютерах, работающих на основе гейтовой модели — пошаговое выполнение алгоритма на основе квантовых логических элементов.
                +4
                Да, квантовая симуляция кажется сейчас наиболее полезным применением КК. До полноценных вычислений еще очень далеко, а это вот уже прямо тут, бери да используй. Здорово, что большой бизнес начал использовать технологию, рост конкуренции только на пользу всей науке пойдет.
                  +1
                  Коммерческое применение — крайне важная веха для развития технологии. Это очень круто. Мне кажется даже, мало кто в достаточной мере понимает, какой взрывной рост технологий может быть достигнут если тяжёлые вычисления будут длится часы, а не года и десятилетия.
                    +5
                    Практически уверен, что это пиар, не имеющий отношения к реальной жизни. Пусть опубликуют хоть что-то для начала. Публикация в рецензируемом журнале — это стандартный тест, который необходимо в таких случаях пройти. Максимум, что IBM смогли на своих машинах промоделировать — это простейший молекулы, причем с хреновой точностью:
                    arxiv.org/pdf/1704.05018.pdf

                    Прогресс в этом деле идет очень медленный, так как мешают высокие ошибки операций. Для перехода к симуляции каких-то сложных молекул, имеющих отношение к практике, нужны качественные изменения. Скорее всего, не обойтись без серьезной коррекции ошибок. Соответствующие оценки делались командой Гугла для одной из молекул, важных для химической промышленности, но относительно несложной по строению (специально делался такой выбор) — это в районе сотни ЛОГИЧЕСКИХ кубитов, сотни тысяч физических и такая управляющая электроника, какой пока и близко нет.
                      +1
                      Ну если они симулировали простую молекулу литий-сульфура, о которой идет речь, то может и возможно, не кажется чем-то заоблачным. Посмотрим, что опубликуют…

                      Хотя, конечно, IBM надо было как-то ответить гуглу.
                        +2
                        Простые молекулы на то и простые, что их проще стимулировать на обычных компьютерах, а не квантовых. С точки зрения развития квантового компьютинга, это все задачи демонстрационного или отладочного характера, и такие результаты публикуются регулярно. Но какая от них может быть непосредственная практическая польза?

                        Что касается практически значимых молекул, то сложность задачи можно оценить вот по этой работе:
                        arxiv.org/pdf/1902.02134.pdf
                        Это как раз команда Google.
                          0
                          Ну вот заметка от IBM, тут больше подробностей. Они действительно просто реализовали коммерчески алгоритмы из вашего первого коммента.
                          In addition, and for the first time ever on quantum hardware, we demonstrated that we can calculate the dipole moment for LiH using 4 qubits on IBM Q Valencia, a premium-access 5-qubit quantum computer.
                            +2
                            Обратите внимание — в алгоритмах, в которых можно хоть что-то разумное посчитать, используется всего несколько кубитов. В данном случае всего 4. Это характерное число. Разумеется, такая задача легко решается на обычном компьютере — диагонализация матрицы 16 x 16. Причина, по которой на существующих квантовых компьютерах не решаются более сложные задачи, — ошибки операций.

                            Поэтому наращивание числа кубитов само по себе скорее всего ведет в никуда, если только не стоит цель делать коррекцию ошибок, для которой как раз много физических кубитов и требуется. Google такие цели и декларирует, а вот IBM внятно ничего не формулирует.
                      0
                      А вторая книга появится в электронном виде?
                        +1
                        Будет и в электронном виде, но чуть позже.
                        +1
                        «Квантовые вычисления для настоящих айтишников» — очень понравилась. Читал в новогодние праздники. Рассмотрены основные постулаты и теоремы квантовых вычислений. Спин, запутанность, неравенство Белла, квантовые вентили, базовые квантовые алгоритмы: все это объясняется понятным языком с примерами и подробными разборами. Местами достаточно поверхностно — не выходя за рамки линейной алгебры, но автор как раз и ставил задачу донести материал, оперируя понятиями мат.анализа первых курсов университета. Достойная подача материала. Захотелось поставить курс для магистров на основе материала данной книги. Отличный перевод. Киселев – молодец. Качество печати — на высоте.
                          +2
                          Книга вышла из типографии и движется по логистической цепочке. Предзаказная скидка больше не действует.

                          Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                          Самое читаемое