211service.com
De CIA en Jeff Bezos wedden op Quantum Computing
In een blokkerig gebouw in een buitenwijk van Vancouver, aan de overkant van een slonzige McDonald's, is een plek kouder dan waar dan ook in het bekende universum. Daarin zit een computerprocessor die volgens Amazon-oprichter Jeff Bezos en de investeringstak van de CIA, In-Q-Tel, de eigenaardigheden van de kwantummechanica kan aanboren om meer rekenkracht te ontketenen dan welke conventionele computerchip dan ook. Bezos en In-Q-Tel maken deel uit van een groep investeerders die 30 miljoen dollar inzetten op dit vooruitzicht.
verstrikt : Dit maakt deel uit van de structuur die de D-Wave-processor koelt en afschermt, zodat deze (blijkbaar) zijn kwantumberekeningen kan uitvoeren.
Als de weddenschap uitkomt, zouden enkele van 's werelds neteligste computerproblemen, zoals de jacht op nieuwe medicijnen of pogingen om kunstmatige intelligentie op te bouwen, aanzienlijk minder uitdagend worden. Deze ontwikkeling zou ook de bezoedelde reputatie van D-Wave Systems wegnemen, de startup wiens acht jaar durende poging om een kwantumcomputer te maken weinig meer heeft opgeleverd dan scepticisme dat grenst aan spot van vooraanstaande natuurkundigen.
De onderkoelde processor van D-Wave is ontworpen om om te gaan met wat software-ingenieurs optimalisatieproblemen noemen, de kern van raadsels zoals het vinden van de meest efficiënte leveringsroute, of hoe de atomen in een eiwit zullen bewegen wanneer het een geneesmiddelverbinding ontmoet. Vrijwel alles heeft te maken met optimalisatie, en het is de basis van machine learning, dat ten grondslag ligt aan vrijwel alle welvaartscreatie op internet, zegt Geordie Rose, de oprichter en chief technology officer van D-Wave. Bij machine learning, een tak van kunstmatige intelligentie, onderzoekt software informatie over de wereld en formuleert een passende manier om in de toekomst te handelen. Het ondersteunt technologieën zoals spraakherkenning en productaanbevelingen en is een prioriteit voor onderzoek door bedrijven, zoals Google en Amazon, die afhankelijk zijn van big data.
Onze klanten van de inlichtingengemeenschap hebben veel complexe problemen die de klassieke computerarchitectuur belasten, zei Robert Ames, vice-president voor informatie- en communicatietechnologieën bij In-Q-Tel, in een vandaag vrijgegeven verklaring. De primaire klant van In-Q-Tel is de CIA, en de National Security Agency is een andere. Van beide is bekend dat ze zwaar investeren in geautomatiseerde informatieverzameling en -analyse.
Rose, een zelfverzekerde Canadees met een gitaar en een samoeraizwaard in de hoek van zijn raamloze kantoor, maakt sinds 2007 grote aanspraken op journalisten, toen hij de eerste proof-of-concept-processor van D-Wave onthulde tijdens een spraakmakend evenement in het Computer History Museum in Mountain View, Californië. De aanwezigen zagen hoe een D-Wave-processor (blijkbaar) sudoku-puzzels oploste en een goede match vond met een bepaald medicijnmolecuul in een verzameling van andere verbindingen. Maar in de weken, maanden en jaren die volgden, regende scepsis en beschuldigingen van fraude op het bedrijf van academische experts op het gebied van kwantumcomputers. Rose's eerste voorspellingen over hoe snel het bedrijf de omvang en mogelijkheden van zijn chips zou vergroten, vielen buiten de boot, en het bedrijf, hoewel nog steeds goed gefinancierd, was publiekelijk stil.
Het aanmelden van Bezos en In-Q-Tel - de meest prominente donateurs van het bedrijf tot nu toe - is de laatste in een reeks evenementen die suggereren dat D-Wave denkt dat het klaar is om eindelijk zijn critici te beantwoorden. In mei 2011 heeft het bedrijf een paper gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Natuur die volgens kritische academici de eerste was die aantoonde dat de chips van D-Wave enkele van de kwantumeigenschappen hebben die nodig zijn om de beweringen van Rose te staven. Onderzoekers op het gebied van kunstmatige intelligentie bij Google loggen regelmatig via internet in op een D-Wave-computer om het uit te proberen, en in 2011 tekende het bedrijf ook zijn eerste klant. Defensieaannemer Lockheed Martin betaalde 10 miljoen dollar voor een computer voor onderzoek naar het automatisch detecteren van softwarefouten in complexe projecten zoals de vertraagde F-35-jager (zie Kwantumeffecten tikken voor software die leert). Er blijven vragen over hoe de technologie werkt, maar D-Wave zegt dat er meer bewijs komt. Het bereidt een verbeterde processor voor die Rose het eerste echte product van het bedrijf noemt, in plaats van een stuk onderzoeksapparatuur. D-Wave zal naar verwachting de komende maanden andere grote klanten aankondigen.
Koude plek
Stap binnen in de kantoorsuite op de begane grond van D-Wave en je wordt begroet door saaie vergaderruimten, kantoren en cabines. Maar open de juiste deur in de hoofdgang en je komt uit in een helderwitte laboratoriumruimte die wordt gedomineerd door vier zwarte monolieten: de computers van D-Wave. Ruwweg kubusvormig en ongeveer 3 meter hoog, stoten ze een ritmisch, hoog geluid uit terwijl onderkoelde gassen naar binnen circuleren. Elk van de machines heeft een deur aan de zijkant en is grotendeels leeg, met iets dat eruitziet als een straalpistool dat van het plafond naar beneden komt, een ver uit elkaar geplaatste stapel van vijf metalen schijven van afnemende grootte die bij elkaar worden gehouden met kabels, stutten en buizen bedekt met goud en koper. Het is eigenlijk een koud pistool: de structuur is een kille 452 ° F (4 ° Kelvin) aan het brede uiteinde en een paar duizendsten van een graad boven het absolute nulpunt aan de punt, waar de inch-square chip van D-Wave te vinden is . Zelfs de diepste uithoeken van de ruimte zijn niet zo koud, of zo afgeschermd van magnetische velden als deze chip, die in een fabriek in Silicon Valley is geëtst uit een niobiumlegering die bij ultralage temperaturen supergeleidend wordt.
De processor in elke computer die je hebt gebruikt, is gemaakt van silicium en voorzien van een patroon met transistors die logische poorten creëren - schakelaars die ofwel aan zijn (weergegeven door een 1 in de programmering van de computer) of uit (een 0). De processors van D-Wave bestaan ook uit elementen die schakelen tussen 1 en 0, maar het zijn lussen van een niobiumlegering - er zijn er 512 in de nieuwste processor. Deze lussen staan bekend als qubits en kunnen elektrische stroom opvangen, die in de lussen met de klok mee (aangeduid met een 0) of tegen de klok in (1) cirkelt. Kleinere supergeleidende lussen, koppelaars genaamd, verbinden de qubits zodat ze kunnen interageren en zelfs elkaar kunnen beïnvloeden om tussen 1 en 0 te wisselen.
Deze delicate opzet is zo ontworpen dat de lay-out van qubits overeenkomt met een algoritme dat een bepaald soort optimalisatieprobleem oplost in de kern van veel taken die moeilijk op te lossen zijn met een conventionele processor. Het is als een gespecialiseerde machine in een fabriek die één ding heel goed kan doen, op een bepaald soort grondstof. Voor het uitvoeren van een berekening op de chip van D-Wave moet die grondstof worden geleverd, in de vorm van de cijfers die in het hardgecodeerde algoritme moeten worden ingevoerd. Dit wordt gedaan door de qubits in een patroon van enen en nullen in te stellen en te verfijnen hoe de koppelingen de qubits met elkaar laten communiceren. Na een wachttijd van minder dan een seconde, worden de qubits omgezet in nieuwe waarden die een lagere energietoestand voor de processor vertegenwoordigen en een mogelijke oplossing voor het oorspronkelijke probleem onthullen.
Wat er tijdens dat cruciale wachten gebeurt, is een soort kwantummechanisch argument. De qubits komen in een vreemde kwantumtoestand waarin ze tegelijkertijd zowel 1 als 0 zijn, zoals de kat van Schrödinger die zowel dood als levend is, en vergrendelen in een vreemde synchroniciteit die bekend staat als verstrengeling, een fenomeen dat ooit door Einstein als spookachtig werd beschreven. Dat stelt het systeem van qubits in staat om elke mogelijke uiteindelijke configuratie in een oogwenk te verkennen, voordat het zich vestigt op de eenvoudigste of er heel dicht bij.
Tenminste, dat zeggen de wetenschappers van D-Wave. Er blijven veel vragen over wat er werkelijk in de chips van het bedrijf gebeurt, niet in de laatste plaats in de hoofden van de eigen fysici, ingenieurs en computerwetenschappers van het bedrijf. We bouwen dit systeem empirisch, niet alleen volgens de theorie, zegt Jeremy Hilton, de vice-president van D-Wave die de ontwikkeling van de processor leidt. Hij en de andere ingenieurs van het bedrijf weten niet zeker wat er in de chip gebeurt, maar zolang elk ontwerp antwoorden op de gestelde problemen genereert, kunnen de fijnere details van de kwantumfysica die binnenin plaatsvindt wachten op validatie achteraf.
Het is een houding die goed lijkt te hebben gespeeld bij investeerders, maar die academici nog steeds in de war brengt. Op technisch niveau hebben ze een opstelling samengesteld die op verschillende manieren indrukwekkend is, zegt Scott Aaronson, een MIT-professor die de grenzen van kwantumberekening bestudeert. Maar in termen van het bewijs dat ze problemen sneller oplossen met behulp van kwantummechanica dan je klassiek zou kunnen, denk ik niet dat het er nog is. Een felle criticus van D-Wave in de jaren na de demo van 2007, Aaronson verzachtte zijn standpunt vorig jaar na die van het bedrijf Natuur papier met kwantumeffecten. In het verleden was er een enorme kloof tussen de marketingclaims en waar de wetenschap was en dat is naar beneden gekomen, maar er is nog steeds een kloof, zegt Aaronson, die in februari de laboratoria van het bedrijf bezocht. De bewijslast ligt bij hen en ze hebben nog niet aan de bewijslast voldaan.
De grootste klacht van Aaronson is dat het ontwerp van het systeem van D-Wave op plausibele wijze problemen zou kunnen oplossen zonder kwantumeffecten, in welk geval het gewoon een heel rare conventionele computer zou zijn. Hij en andere critici zeggen dat het bedrijf nog steeds twee dingen moet bewijzen: dat zijn qubits echt superposities kunnen binnendringen en verstrengeld kunnen raken, en dat de chip een aanzienlijke kwantumversnelling levert in vergelijking met een klassieke computer die aan hetzelfde probleem werkt. Tot dusver heeft het bedrijf het bewijs van geen van beide gepresenteerd in een collegiaal getoetst forum.
Rose zegt dat D-Wave bezig is om bewijs van verstrengeling te bewijzen, en dat recente onderlinge tests met klassieke computers hebben aangetoond dat het vooruitgaat op het soort computerprobleem dat het moet oplossen.
Aaronson zegt ook dat de manier waarop de processor van D-Wave hard is gecodeerd voor een bepaald type probleem, de reeks problemen die het zou kunnen oplossen, zal belemmeren. Bovendien betekent het relatief kleine aantal qubits op de processor tegenwoordig dat deze slechts kleine reeksen gegevens aankan. Het gebruik van wiskundige trucs om een probleem om te zetten in de juiste vorm om met die beperkingen om te gaan, en het omkeren van het proces zodra de D-Wave-chip zijn antwoord heeft gegeven, kan aanzienlijke vertragingen veroorzaken, zegt Aaronson. Rose stelt dat een kwantumprocessor snel genoeg zal zijn om dergelijke straffen te overwinnen, en hij zegt dat hij ingenieurs heeft die werken aan manieren om de normale programmeercode automatisch te vertalen naar wat een D-Wave-chip nodig heeft.
Of D-Wave Aaronson en andere sceptici tevreden kan stellen, maakt niet per se uit voor investeerders en technologiebedrijven. Dat komt omdat in zoveel bedrijfssectoren rekenkracht cruciaal is om een concurrentievoordeel te behouden, zegt Steve Jurvetson , een partner bij durfkapitaalfirma Draper Fisher Jurvetson, die twee keer in D-Wave heeft geïnvesteerd en het de meest unieke swing-for-the-fences-technologie noemt die hij ooit heeft gefinancierd. De toepassingsruimte hiervoor, zegt hij, is overal waar we moesten terugvallen op een heuristiek - een vuistregel - om een probleem op te lossen: daghandelaren, moleculaire modellering, iedereen in e-commerce en de Googles en Microsofts van de wereld. Bedrijven als Lockheed, Amazon en grote farmaceutische bedrijven kennen de limieten van conventionele computers het beste en zullen de eerste zijn, zegt Jurvetson, maar het ontwerpen van een nieuwe auto of een nieuwe online winkel kan ook profiteren.
Bedrijven en overheidsinstanties hebben een andere, misschien meer urgente motivatie om een kans te wagen op een startup met een verleidelijk idee maar een paar verontrustende losse eindjes. Er is een goede reden om aan te nemen dat de exponentiële groei in rekenkracht van de afgelopen decennia tot een einde komt, zegt Bob Lucas, die onderzoek leidt naar supercomputing en kwantumcomputing aan de University of Southern California, waar Lockheeds D-Wave-computer is geïnstalleerd. Veel van de reguliere vorderingen op het gebied van rekenkracht zijn het gevolg van verbindingen op chips die jaar na jaar krimpen, maar met de toonaangevende chipmaker Intel die momenteel bezig is ze slechts 14 nanometer breed te maken, zijn er niet veel kleinere dingen die kunnen worden gedaan. We leven in de afgelopen 10 jaar van exponentiële groei van [klassieke] rekenkracht, en alternatieven daarvoor zullen interessanter worden, zegt Lucas. Hij voegt eraan toe dat hij door zijn experimenten met Lockheeds D-Wave-systeem is veranderd van zeer sceptisch naar voorzichtig optimistisch over de technologie.