La CIA e Jeff Bezos puntano sul Quantum Computing per stare sempre un passo avanti a tutti

Entangled : fa parte della struttura che raffredda e protegge il processore D-Wave in modo che possa (apparentemente) condurre i suoi calcoli quantistici.

Premessa

Il computer quantistico rappresenta per il prossimo futuro, il salto tecnologico più importante della storia dell’informatica e dell’intero progresso tecnologico umano.

Da tempo si discute del superamento della legge di Moore e gli scienziati informatici, stanno esplorando nuovi metodi alternativi di calcolo. Il Quantum Computer è legato alle leggi della meccanica quantistica, in un processore quantistico i bit sono stati riprogettati su scala molto più piccola e vengono definiti Qubit o bit quantici.

Quando un quantum computer ha elaborato le informazioni, invia i risultati attraverso un sistema di segnali a microonde producendo molto calore, inoltre il processore quantistico deve essere posizionato all’interno di uno scudo che lo protegge dalle radiazioni elettromagnetiche. Ecco spiegata la forma bizzarra del Computer quantistico, quello che vedete è il sistema di raffreddamento costruito attorno allo scudo.

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Con i finanziamenti del fondatore di Amazon e del braccio di investimento della CIA, la società canadese D-Wave sta guadagnando slancio per il suo approccio rivoluzionario al computing.

Se la scommessa dovesse funzionare, alcuni dei problemi informatici più spinosi del mondo, come la caccia a nuovi farmaci o gli sforzi per costruire l'intelligenza artificiale, diventerebbero drammaticamente meno impegnativi. Questo sviluppo cancellerebbe anche la reputazione viziata di D-Wave Systems, la startup il cui sforzo di otto anni per creare un computer quantistico ha guadagnato poco più dello scetticismo che rasenta il ridicolo da parte di eminenti fisici.

Il processore super raffreddato di D-Wave è progettato per gestire quelli che gli ingegneri del software chiamano problemi di "ottimizzazione", il nucleo di enigmi come capire il percorso di consegna più efficiente o come gli atomi in una proteina si muoveranno quando incontra un composto farmacologico. "Praticamente tutto ha a che fare con l'ottimizzazione ed è il fondamento dell'apprendimento automatico, che è alla base di quasi tutta la creazione di ricchezza su Internet", afferma Geordie Rose, fondatore e chief technology officer di D-Wave. Nell'apprendimento automatico, una branca dell'intelligenza artificiale, il software esamina le informazioni sul mondo e formula un modo appropriato per agire in futuro. È alla base di tecnologie come il riconoscimento vocale e le raccomandazioni sui prodotti ed è una priorità per la ricerca da parte di aziende, come Google e Amazon, che si basano sui big data.

"I nostri clienti della comunità di intelligence hanno molti problemi complessi che tassano l'architettura informatica classica", ha affermato in una dichiarazione rilasciata oggi Robert Ames, vicepresidente per le tecnologie dell'informazione e della comunicazione presso In-Q-Tel. Il principale "cliente" di In-Q-Tel è la CIA, e la National Security Agency è un altro. Entrambi sono noti per investire pesantemente nella raccolta e nell'analisi automatizzate di intelligence.

Rose, un fiducioso canadese con una chitarra e una spada da samurai appoggiate in un angolo del suo ufficio senza finestre, ha fatto grandi affermazioni ai giornalisti dal 2007, quando ha presentato il primo processore proof-of-concept di D-Wave a un evento di alto profilo a il Computer History Museum di Mountain View, California. I partecipanti hanno visto un processore D-Wave (apparentemente) risolvere enigmi di sudoku e trovare una corrispondenza ravvicinata con una particolare molecola di farmaco in una raccolta di altri composti. Ma nelle settimane, nei mesi e negli anni che seguirono, lo scetticismo e le accuse di frode piovvero sull'azienda da parte di esperti accademici di informatica quantistica. Le previsioni iniziali di Rose sulla rapidità con cui la società avrebbe aumentato le dimensioni e le capacità dei suoi chip caddero nel dimenticatoio e la società, sebbene ancora ben finanziata, rimase pubblicamente tranquilla.

La registrazione di Bezos e In-Q-Tel, i più importanti sostenitori dell'azienda, è l'ultimo di una serie di eventi che suggeriscono che D-Wave pensa di essere pronta a rispondere finalmente alle sue critiche. Nel maggio 2011, la società ha pubblicato un articolo sulla prestigiosa rivista Nature che, secondo studiosi critici, è stato il primo a dimostrare che i chip di D-Wave hanno alcune delle proprietà quantistiche necessarie per sostenere le affermazioni di Rose. I ricercatori di intelligenza artificiale di Google accedono regolarmente a un computer D-Wave su Internet per provarlo e nel 2011 la società ha anche firmato il suo primo cliente. L'appaltatore della difesa Lockheed Martin ha pagato 10 milioni di dollari per un computer per la ricerca sul rilevamento automatico dei bug del software in progetti complessi come il caccia F-35 ritardato (vedere "Toccando effetti quantistici per software che impara "). Rimangono delle domande su come funziona la sua tecnologia, ma D-Wave afferma che sono in arrivo ulteriori prove. Si sta preparando un processore migliorato che Rose chiama il primo vero prodotto dell'azienda piuttosto che un pezzo di apparecchiatura di ricerca. D-Wave dovrebbe annunciare altri importanti clienti nei prossimi mesi.

Punto freddo

Entra nella suite dell'ufficio al piano terra di D-Wave e sarai accolto da blande sale riunioni, uffici e cubicoli. Ma apri la porta corretta dal corridoio principale ed emergerai in uno spazio di laboratorio bianco luminoso dominato da quattro monoliti neri: i computer di D-Wave. Approssimativamente a forma di cubo e alti circa 3 metri, emettono un suono ritmico e acuto mentre i gas super raffreddati circolano all'interno. Ciascuna delle macchine ha una porta sul lato ed è per lo più vuota, con quella che sembra una pistola a raggi che scende dal soffitto, una pila ampiamente distanziata di cinque dischi metallici di dimensioni decrescenti tenuti insieme da cavi, montanti e tubi placcati d'oro e rame. In realtà è una pistola fredda: la struttura è un freddo -452 ° F (4 ° Kelvin) all'estremità larga e pochi millesimi di grado sopra lo zero assoluto alla sua punta, dove si può trovare il chip di pollici quadrati di D-Wave .

Il processore in ogni computer che hai utilizzato è realizzato in silicio e dotato di transistor che creano porte logiche, interruttori che possono essere attivati ​​(rappresentato da un 1 nella programmazione del computer) o disattivati ​​(uno 0). Anche i processori di D-Wave sono costituiti da elementi che passano da 1 a 0, ma sono anelli di lega di niobio: ce ne sono 512 nel processore più recente. Questi loop sono noti come qubit e possono intrappolare la corrente elettrica, che circonda all'interno dei loop in senso orario (indicato da uno 0) o antiorario (1). Anelli superconduttori più piccoli chiamati accoppiatori collegano i qubit in modo che possano interagire e persino influenzarsi a vicenda per passare da 1 a 0.

Questa delicata configurazione è progettata in modo che il layout dei qubit sia conforme a un algoritmo che risolva un particolare tipo di problema di ottimizzazione al centro di molte attività difficili da risolvere su un processore convenzionale. È come una macchina specializzata in una fabbrica in grado di fare davvero bene una cosa, su un particolare tipo di materia prima. L'esecuzione di un calcolo sul chip di D-Wave richiede la fornitura di quella materia prima, sotto forma di numeri da inserire nel suo algoritmo hardcoded. Viene fatto impostando i qubit in uno schema di 1 e 0 e perfezionando il modo in cui gli accoppiatori consentono ai qubit di interagire. Dopo un'attesa di meno di un secondo, i qubit si stabiliscono in nuovi valori che rappresentano uno stato di energia inferiore per il processore e rivelano una potenziale soluzione al problema originale.

Ciò che accade durante quell'attesa cruciale è una sorta di argomento meccanico quantistico. I qubit entrano in uno strano stato quantistico in cui sono simultaneamente sia 1 che 0, come se il gatto di Schrodinger fosse sia vivo che morto, e si bloccano in una strana sincronicità nota come entanglement, un fenomeno descritto una volta da Einstein come "spettrale". Ciò consente al sistema dei qubit di esplorare ogni possibile configurazione finale in un istante, prima di stabilirsi su quella più semplice o molto vicina ad essa.

Almeno, questo è quello che dicono gli scienziati di D-Wave. Rimangono molte domande su ciò che effettivamente accade all'interno dei chip dell'azienda, non da ultimo nella testa dei fisici, degli ingegneri e degli informatici dell'azienda. "Stiamo costruendo questo sistema empiricamente, non solo seguendo la teoria", afferma Jeremy Hilton, il vicepresidente di D-Wave che guida lo sviluppo del processore. Lui e gli altri ingegneri dell'azienda non sanno con certezza cosa sta succedendo nel chip, ma fintanto che ogni progetto genera risposte ai problemi posti, i dettagli più fini della fisica quantistica che si svolgono all'interno possono attendere una convalida retrospettiva.

È un atteggiamento che sembra aver giocato bene con gli investitori, ma irrita ancora gli accademici. "A livello ingegneristico hanno messo insieme una configurazione che è impressionante in vari modi", afferma Scott Aaronson, un professore del MIT che studia i limiti del calcolo quantistico. "Ma in termini di prove che stanno risolvendo problemi usando la meccanica quantistica più velocemente di quanto potresti fare in modo classico, non credo che sia ancora lì." Un feroce critico di D-Wave negli anni successivi alla sua demo del 2007, Aaronson ha ammorbidito la sua posizione lo scorso anno dopo che la compagnia Naturecarta che mostra gli effetti quantistici. "In passato c'era un enorme divario tra le affermazioni di marketing e dove si trovava la scienza e questo è venuto giù, ma c'è ancora un divario", dice Aaronson, che ha visitato i laboratori dell'azienda a febbraio. "L'onere della prova è su di loro e non hanno ancora affrontato l'onere."

La più grande lamentela di Aaronson è che il design del sistema di D-Wave potrebbe plausibilmente risolvere i problemi senza effetti quantistici, nel qual caso sarebbe semplicemente un computer convenzionale molto strano. Lui e altri critici affermano che l'azienda deve ancora dimostrare due cose: che i suoi qubit possono davvero entrare in sovrapposizione e rimanere invischiati, e che il chip fornisce una significativa "accelerazione quantistica" rispetto a un computer classico che lavora sullo stesso problema. Finora l'azienda non ha presentato prove di nessuno dei due in un forum sottoposto a revisione paritaria.

Rose dice che D-Wave sta lavorando per dimostrare prove di entanglement e che recenti test testa a testa contro computer classici hanno dimostrato che sta andando avanti con il tipo di problema informatico che è progettato per risolvere.

Aaronson afferma anche che il modo in cui il processore di D-Wave è hardcoded per un particolare tipo di problema inibirà la gamma di problemi che potrebbe risolvere. Inoltre, il numero relativamente piccolo di qubit oggi sul processore significa che può gestire solo piccole stringhe di dati. Usare trucchi matematici per tradurre un problema nella forma giusta per affrontare tali limitazioni e invertire il processo una volta che il chip di D-Wave ha dato la sua risposta, potrebbe causare rallentamenti significativi, afferma Aaronson. Rose ribatte che un processore quantistico sarà abbastanza veloce da superare tali penalità e afferma di avere ingegneri che lavorano su modi per tradurre automaticamente il normale codice di programmazione in ciò di cui ha bisogno un chip D-Wave.

Che D-Wave possa o meno soddisfare Aaronson e altri scettici non è necessariamente importante per gli investitori e le società tecnologiche. Questo perché in così tante aree di attività, la potenza di calcolo è fondamentale per mantenere un vantaggio competitivo, afferma Steve Jurvetson, un partner della società di venture capital Draper Fisher Jurvetson, che ha investito due volte in D-Wave e la definisce "la più singolare tecnologia swing-for-the-fences" che abbia mai finanziato. "Lo spazio di applicazione per questo", afferma, "è ovunque abbiamo dovuto ricorrere a un'euristica, una regola pratica, per risolvere un problema: commercianti giornalieri, modelli molecolari, chiunque si occupi di e-commerce e Google e Microsoft del mondo. " Aziende come Lockheed, Amazon e le grandi aziende farmaceutiche conoscono meglio i limiti dei computer convenzionali e saranno le prime in linea, afferma Jurvetson, ma anche la progettazione di una nuova auto o di un nuovo negozio online potrebbe trarne vantaggio.

Le aziende e le agenzie governative hanno un'altra motivazione, forse più urgente, per correre il rischio di una startup che ha un'idea accattivante ma alcune questioni in sospeso. Ci sono buone ragioni per credere che la crescita esponenziale della potenza di calcolo osservata negli ultimi decenni stia finendo, afferma Bob Lucas, che dirige la ricerca su supercalcolo e calcolo quantistico presso l'Università della California meridionale, dove è installato il computer D-Wave di Lockheed. Molti dei progressi regolari nella potenza di calcolo sono venuti da connessioni su chip che si restringono anno dopo anno, ma con il principale produttore di chip Intel che sta attualmente lavorando per renderli di soli 14 nanometri, non ci sono cose molto più piccole che possono ottenere. "Stiamo vivendo negli ultimi 10 anni di crescita esponenziale della potenza di calcolo [classica] e le alternative diventeranno più interessanti", afferma Lucas.