Im Jahr 2012 schlug der Physiker Seth Lloyd in einem heißen Pool den Entwicklern von Google, Sergey Brin und Larry Page, eine Quanten-Internetanwendung vor. Er nannte es Quoogle: eine Suchmaschine, die Mathematik verwendet, die auf der Physik subatomarer Teilchen basiert und Ergebnisse anzeigt, ohne die Abfragen selbst zu kennen. Ein solcher Sprung würde einen völlig neuen Speichertyp erfordern - den sogenannten QAMM- oder Quanten-Direktzugriffsspeicher.
Obwohl die Idee Brin und Page faszinierte, gaben sie sie auf, sagte Lloyd zu "Gizmodo". Ihm zufolge erinnerten sie ihn daran, dass ihr Geschäftsmodell darauf basiert, alles über jeden zu wissen.
Aber KOSU ist als Idee nicht gestorben. Moderne Computer erinnern sich gut an Informationen in Milliarden von Bits, Binärziffern gleich Null oder Eins. Der RAM oder Direktzugriffsspeicher speichert Informationen für kurze Zeit auf Siliziumchips und weist jeder Information eine bestimmte Adresse zu, auf die zufällig und in beliebiger Reihenfolge zugegriffen werden kann, um später auf diese Informationen zu verweisen. Dadurch wird der Computer viel schneller, sodass Ihr Laptop oder Mobiltelefon sofort auf die im RAM gespeicherten Daten zugreifen kann, die häufig von Anwendungen verwendet werden, anstatt im Speicher danach zu suchen, was viel langsamer ist. Aber irgendwann in der Zukunft können Computerprozessoren durch Quantencomputerprozessoren ersetzt oder erweitert werden, Maschinen, die riesige Datenbanken einbetten können.maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz. Quantencomputer sind noch eine aufstrebende Technologie, aber wenn sie jemals in der Lage sind, diese potenziell lukrativen Algorithmen auszuführen, benötigen sie eine völlig neue Art des Zugriffs auf RAM. Sie werden einen KÖRPER brauchen.
"KRAM kann eine großartige Anwendung sein, die Quantengeräte von Google und IBM sofort nützlich macht", sagte Lloyd gegenüber Gizmodo.
Klassische Computer wie das ThinkPad, das Iphone und die leistungsstärksten Supercomputer erledigen alle ihre Vorgänge, indem sie Daten in eine oder mehrere Kombinationen von Bits, Nullen und Einsen übersetzen. Bits interagieren miteinander und erzeugen letztendlich eine weitere Kombination von Nullen und Einsen. Quantencomputer erzeugen das Endergebnis auch in Form von Einsen und Nullen. Aber während die Zählung fortschreitet, kommunizieren ihre Quantenbits oder Qubits auf neue Weise miteinander, und zwar durch dieselben physikalischen Gesetze, die die Elektronen regeln. Anstatt nur Null oder Eins zu sein, kann jedes Qubit beim Zählen beides sein, wobei eine mathematische Gleichung verwendet wird, die die Wahrscheinlichkeit verschlüsselt, nur dann Null oder Eins zu erhalten, wenn Sie seinen Wert testen. Einige Qubits verwenden komplexere Gleichungen.die Qubit-Werte als einzelne mathematische Objekte bezeichnen. Das Ergebnis sind eine oder mehrere mögliche binäre Zeichenfolgen, deren Endwert durch die Wahrscheinlichkeiten in den Gleichungen bestimmt wird.
Dieser seltsame mathematische Ansatz - Qubits sind Gleichungen, bis Sie sie berechnen, und dann sehen sie wieder wie Bits aus, aber ihre Werte können ein Element der Zufälligkeit enthalten - ermöglicht es Ihnen, Probleme zu lösen, die für Computer traditionell schwierig sind. Eine solche Herausforderung ist die Zerlegung großer Zahlen in Primzahlen, wodurch die Algorithmen zum Speichern großer Mengen verschlüsselter Daten zerstört werden - eine Entwicklung, die für die Cybersicherheit „katastrophal“sein kann. Es kann auch als neue Methode zur Verarbeitung großer Datenmengen dienen, z. B. beim maschinellen Lernen (z. B. bei erweiterten Gesichtserkennungssystemen).
Quantencomputer sind immer noch nicht besser als herkömmliche Computer. IBM bietet Wissenschaftlern und Unternehmern Zugriff auf einen funktionierenden 20-Qubit-Prozessor und Rigetti auf einen 19-Qubit-Prozessor, während herkömmliche Supercomputer Quantenleistungen von bis zu 50 Qubits simulieren können. Trotzdem hat der Physiker John Preskil kürzlich angekündigt, dass die Technologie in eine neue Ära eintritt, in der Quantencomputer bald für mehr als unterhaltsame physikalische Experimente nützlich sein werden. Die US-Regierung nimmt Quantentechnologien wegen ihrer Bedeutung für die Cybersicherheit ernst, und viele Physiker und Programmierer suchen nach neuen Nischen für sie.
Viele Forscher hoffen auch, Anwendungen für Quantencomputer bei der Entwicklung künstlicher Intelligenz und des maschinellen Lernens mithilfe von Quantenalgorithmen zu finden. Solche Algorithmen sind komplex und beinhalten eine erhebliche Menge an Informationen, weshalb eine Quantenalternative zu RAM erforderlich ist: qRAM.
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Quanten-RAM besteht nicht aus Milliarden von Bits, die in mehreren Qubits gespeichert sind. Es ist vielmehr eine Möglichkeit für Quantencomputer, ihre Quantenoperationen auf große Datenlisten anzuwenden, die bei Problemen mit maschinellem Lernen auftreten. Letztendlich besteht der reguläre Arbeitsspeicher aus Daten, die Programme ausführen müssen, und Programme können darauf zugreifen, indem sie die Adresse der Bits angeben. Auf die gleiche Weise können Sie die Summe der Zellen durch Eingabe von (A2 + B2) erhalten, anstatt jedes Mal Zahlen einzugeben. manuell. Quantenalgorithmen müssen auf Quantenebene auf gewöhnlichen Direktzugriffsspeicher zugreifen - im primitivsten Sinne erzeugen sie eine Überlagerung, in der die Zelle gleichzeitig A2 und B2 ist und erst dann nach Abschluss der Berechnung den Wert von A2 oder B2 anzeigt. Das Gedächtnis als solches hat nichts Quantenhaftes - Quanten ist die Art und Weise, wie Sie darauf zugreifen und es verwenden.
Wenn Sie viele gespeicherte Daten haben - wie zum Beispiel in Datenbanken zum Trainieren von Chatbots -, kann es einen Quantenalgorithmus geben, der mehr kann als ein normaler Computer, wenn es darum geht, Daten oder eine Nachricht von etwas Wichtigem zu durchsuchen. … Dies kann sowohl für die Finanzbranche als auch für Unternehmen wie Google sehr lukrativ sein und erfordert natürlich Quanten-RAM.
In einem Artikel über QRAM, der vor zehn Jahren von Lloyd und seinem Team verfasst wurde, wurde eine Möglichkeit beschrieben, mit der sogenannten "Quantenfeuerkette" nur auf die Adressen im Speicher zuzugreifen, die für die Überlagerung benötigt werden. Da jede Adresse im RAM nur eine Folge von Bits ist, kann sie grundsätzlich als Verzweigungsbaum betrachtet werden, in dem jedes Qubit ein Zeiger ist, der den Computer anweist, nach links oder rechts zu drehen. Dies funktioniert auch bei herkömmlichen Computern, aber ein Quantencomputer mit nur zwei Auswahlmöglichkeiten verwickelt zwangsläufig auf Schritt und Tritt zusätzliche Pfade, was letztendlich zu einem unglaublich großen und fragilen Quantenzustand führt, der sich in einer Nicht-Quantenumgebung leicht auflösen kann. Lloyd und seine Kollegen schlugen eine Baumstruktur vor,Dabei wird jeder Zweig automatisch im Standby-Modus gehalten, sodass sich der Computer nur auf dem rechten oder linken Zweig (Seite) bewegen kann, um auf den gewünschten Speicher zuzugreifen, ohne unnötige Informationen einzuführen. Der Unterschied ist recht technischer Natur, soll jedoch die zur Lösung dieser Art von Problem beim maschinellen Lernen erforderliche Leistung erheblich reduzieren.
"Die meisten in der Forschung verwendeten Algorithmen erfordern eine Art Quantengedächtnis", kommentierte Michelle Mosca, eine Wissenschaftlerin an der Universität von Waterloo in Kanada, die auch das Quantengedächtnis für Gizmodo erforschte. "Alles, was die Kosten des angewendeten Quanten-RAM senkt, kann auch die Zeit vor dem Aufkommen alltäglicher Quantencomputer drastisch verkürzen."
Aber wir befinden uns noch in einem sehr, sehr frühen Stadium in der Entwicklung der Quantenprogrammierung. Heutzutage scheint die Art und Weise, wie alte Computer sich an Informationen erinnern, fast lächerlich. RAM bestand aus Magnetschleifen, die durch Drähte verbunden waren, wobei jede Schleife einem Bit entsprach und die Ausrichtung des Magnetfelds in der Spule seine Bedeutung darstellte. Der erste im Handel erhältliche amerikanische Computer, UNIVAC-I, war dafür bekannt, Daten zu speichern, indem elektrische Impulse mit flüssigem Quecksilber in Schallwellen umgewandelt wurden. Dieser Speicher hatte keinen wahlfreien Zugriff - Sie konnten zu keinem Zeitpunkt die gewünschten Daten abrufen, sondern nur in der Reihenfolge, in der sie gespeichert wurden. Und es galt als Spitzentechnologie.
"Es war ein Kunstwerk", erklärte Chris Garcia, Kurator des Computer History Museum. "Zu dieser Zeit versuchten sie alles, was sie konnten und hofften, dass einiges davon funktionieren würde." Zu dieser Zeit waren solche Lösungen allen vorherigen überlegen. Heutzutage speichern Computer Speicher auf Mikrochips aus einem speziellen Material namens Halbleiter, was nicht nur aufgrund der Fortschritte in der Wissenschaft möglich wurde, sondern auch dank der Prozesse, die die Speicherung von Silizium viel billiger machten als die Speicherung aus winzigen Magnetspulen.
Wie wird das Quantengedächtnis aussehen? Höchstwahrscheinlich nicht so, wie Lloyd und Kollegen es sich vorgestellt hatten. Auf der letztjährigen Konferenz scherzten Physiker, dass sich das Gebiet des Quantencomputers durchaus einem anderen Analogon von Bottichen mit flüssigem Quecksilber zuwenden könnte. Sicherlich werden wir neue technologische und mathematische Fortschritte haben, die Computer und ihre Methoden zum Speichern von Informationen optimieren werden.
Lloyd stimmte dem zu. "Ich würde gerne jemanden sehen, der unsere Idee verbreitet", sagte er. "Wenn wir gewöhnliche Informationen in einen Quantenzustand übersetzen könnten, wäre dies kurzfristig eine erstaunliche Anwendung von Quantencomputern." Schließlich geht es bei Computern nicht nur um die Fähigkeit, ausgefallene Algorithmen auszuführen. Sie ermöglichen es diesen Algorithmen, Daten zu verarbeiten und zu organisieren, um etwas Nützliches zu erstellen.
Und vielleicht werden wir eines Tages wirklich Quanten-Google verwenden.
Ryan F. Mandelbaum