211service.com
CIA och Jeff Bezos satsade på Quantum Computing
Inne i en blockig byggnad i en förort till Vancouver, tvärs över gatan från en dyster McDonald's, finns en plats som är kyligare än någonstans i det kända universum. Inuti den finns en datorprocessor som Amazons grundare Jeff Bezos och CIA:s investeringsarm, In-Q-Tel, tror kan utnyttja kvantmekanikens egenheter för att frigöra mer datorkraft än något konventionellt datorchip. Bezos och In-Q-Tel ingår i en grupp investerare som satsar 30 miljoner dollar på detta prospekt.
Intrasslad : Detta är en del av strukturen som kyler och skyddar D-Wave-processorn så att den (tydligen) kan utföra sina kvantberäkningar.
Om satsningen fungerar skulle några av världens svåraste datorproblem, som jakten på nya droger eller ansträngningar att bygga artificiell intelligens, bli dramatiskt mindre utmanande. Denna utveckling skulle också rensa D-Wave Systems smutsiga rykte, startupen vars åtta år långa ansträngning att skapa en kvantdator har tjänat lite mer än skepsis som gränsar till förlöjligande från framstående fysiker.
D-Waves underkylda processor är designad för att hantera vad programvaruingenjörer kallar optimeringsproblem, kärnan i gåtor som att ta reda på den mest effektiva leveransvägen, eller hur atomerna i ett protein kommer att röra sig när det möter en läkemedelsförening. Praktiskt taget allt har med optimering att göra, och det är grunden för maskininlärning, som ligger till grund för praktiskt taget all välståndsskapande på Internet, säger Geordie Rose, D-Waves grundare och tekniska chef. Inom maskininlärning, en gren av artificiell intelligens, undersöker programvara information om världen och formulerar ett lämpligt sätt att agera i framtiden. Det stödjer teknologier som taligenkänning och produktrekommendationer och är en prioritet för forskning av företag, som Google och Amazon, som förlitar sig på big data.
Våra kunder inom intelligensgemenskapen har många komplexa problem som beskattar klassisk datorarkitektur, säger Robert Ames, vice VD för informations- och kommunikationsteknik på In-Q-Tel, i ett uttalande som släpptes idag. In-Q-Tels primära kund är CIA, och National Security Agency är en annan. Båda är kända för att investera mycket i automatiserad underrättelseinsamling och analys.
Rose, en självsäker kanadensare med en gitarr och ett samurajsvärd i hörnet av sitt fönsterlösa kontor, har gjort stora anspråk på journalister sedan 2007, när han avslöjade D-Waves första proof-of-concept-processor vid ett högprofilerat event kl. Computer History Museum i Mountain View, Kalifornien. Deltagarna såg en D-Wave-processor (uppenbarligen) lösa sudoku-pussel och hitta en nära match till en viss drogmolekyl i en samling andra föreningar. Men under veckorna, månaderna och åren som följde regnade skepsis och anklagelser om bedrägerier ner över företaget från akademiska experter på kvantberäkning. Roses första förutsägelser om hur snabbt företaget skulle öka storleken och kapaciteten på sina marker försvann, och företaget, även om det fortfarande var välfinansierat, var offentligt tyst.
Att registrera sig för Bezos och In-Q-Tel – företagets mest framstående stödjare hittills – är den senaste i en rad händelser som tyder på att D-Wave tror att det är redo att äntligen svara på sina kritiker. I maj 2011, företaget publicerade en tidning i den prestigefyllda tidskriften Natur som kritiska akademiker sa var de första som bevisade att D-Waves marker har några av de kvantegenskaper som behövs för att backa upp Roses påståenden. Artificiell intelligensforskare på Google loggar regelbundet in på en D-Wave-dator över internet för att testa den, och 2011 skrev företaget också på sin första kund. Försvarsentreprenören Lockheed Martin betalade 10 miljoner dollar för en dator för forskning för att automatiskt upptäcka programvarubuggar i komplexa projekt som det försenade F-35-jaktplanet (se Tapping Quantum Effects for Software that Learns ). Frågor kvarstår om hur dess teknik fungerar, men D-Wave säger att fler bevis kommer. Det förbereder en förbättrad processor som Rose kallar företagets första riktiga produkt snarare än en del av forskningsutrustning. D-Wave förväntas tillkännage andra stora kunder under de kommande månaderna.
Kall punkt
Gå in i D-Waves kontorssvit på bottenvåningen och du möts av intetsägande mötesrum, kontor och skåp. Men öppna rätt dörr från huvudkorridoren och du kommer ut i ett ljust vitt labbutrymme som domineras av fyra svarta monoliter - D-Waves datorer. Ungefär kubformade och cirka 10 fot höga, avger de ett rytmiskt, högt ljud när underkylda gaser cirkulerar inuti. Var och en av maskinerna har en dörr på sidan och är för det mesta tom, med vad som ser ut som en strålpistol som stiger ned från taket, en högt placerad stapel av fem metallskivor av minskande storlek som hålls samman med kablar, stöttor och rör pläterade med guld och koppar. Det är faktiskt en kall pistol: strukturen är kylig -452 °F (4 °Kelvin) i den breda änden och några tusendelar av en grad över absoluta nollpunkten vid dess spets, där D-Waves tum-kvadratchip kan hittas . Inte ens de djupaste delarna av rymden är så kalla, eller så avskärmade från magnetfält som detta chip, som är etsat vid en anläggning i Silicon Valley från en nioblegering som blir supraledande vid ultralåga temperaturer.
Processorn i varje dator du har använt är gjord av kisel och mönstrad med transistorer som skapar logiska grindar - strömbrytare som antingen är på (representeras av en 1 i datorns programmering) eller av (en 0). D-Waves processorer består också av element som växlar mellan 1 och 0, men de är slingor av nioblegering - det finns 512 av dem i den senaste processorn. Dessa slingor är kända som qubits och kan fånga elektrisk ström, som cirklar inuti slingorna antingen medurs (betecknad med en 0) eller moturs (1). Mindre supraledande slingor som kallas kopplare länkar qubitarna så att de kan interagera och till och med påverka varandra att vända mellan 1 och 0.
Denna känsliga installation är utformad så att layouten av qubits överensstämmer med en algoritm som löser en viss typ av optimeringsproblem i kärnan av många uppgifter som är svåra att lösa på en konventionell processor. Det är som en specialiserad maskin i en fabrik som kan göra en sak riktigt bra, på en viss typ av råmaterial. Att utföra en beräkning på D-Waves chip kräver att det råmaterialet tillhandahålls i form av siffrorna som ska matas in i dess hårdkodade algoritm. Det görs genom att ställa in qubitarna i ett mönster av 1:or och 0:or och finjustera hur kopplarna låter qubitarna interagera. Efter en väntan på mindre än en sekund sätter sig qubitarna till nya värden som representerar ett lägre energitillstånd för processorn och avslöjar en potentiell lösning på det ursprungliga problemet.
Vad som händer under den avgörande väntan är ett slags kvantmekaniskt argument. Qubitarna går in i ett märkligt kvanttillstånd där de samtidigt är både 1 och 0, som att Schrodingers katt är både död och levande, och låser sig i en märklig synkronicitet som kallas entanglement, ett fenomen som en gång beskrevs av Einstein som spöklikt. Det gör att systemet med qubits kan utforska alla möjliga slutliga konfigurationer på ett ögonblick, innan de sätter sig in på den som är enklast eller mycket nära den.
Åtminstone är det vad D-Waves forskare säger. Många frågor kvarstår om vad som faktiskt händer inuti företagets chips, inte minst i huvudet på företagets egna fysiker, ingenjörer och datavetare. Vi bygger det här systemet empiriskt, inte bara efter teorin, säger Jeremy Hilton, D-Waves vicepresident som leder dess processorutveckling. Han och företagets andra ingenjörer vet inte säkert vad som händer i chippet, men så länge som varje design genererar svar på de problem som ställs, kan de finare detaljerna i kvantfysiken som äger rum inuti vänta på retrospektiv validering.
Det är en attityd som verkar ha spelat bra med investerare, men den rankar fortfarande akademiker. På ingenjörsnivå har de satt ihop en uppsättning som är imponerande på olika sätt, säger Scott Aaronson, en MIT-professor som studerar gränserna för kvantberäkning. Men när det gäller bevisen för att de löser problem med hjälp av kvantmekanik snabbare än vad du skulle kunna klassiskt, tror jag inte att det är där än. En hård kritiker av D-Wave under åren efter dess demo 2007, Aaronson mildrade sin hållning förra året efter företagets Natur papper som visar kvanteffekter. Tidigare fanns det ett enormt gap mellan marknadsföringspåståendena och var vetenskapen fanns och det har kommit ner, men det finns fortfarande ett gap, säger Aaronson, som besökte företagets labb i februari. Bevisbördan ligger på dem och de har inte klarat bördan än.
Aaronsons största gnäll är att designen av D-Waves system troligtvis skulle kunna lösa problem utan kvanteffekter, i vilket fall det helt enkelt skulle vara en väldigt konstig konventionell dator. Han och andra kritiker säger att företaget fortfarande måste bevisa två saker: att dess qubits verkligen kan komma in i superpositioner och trassla in sig, och att chippet levererar en betydande kvanthastighet jämfört med en klassisk dator som arbetar med samma problem. Hittills har företaget presenterat bevis för ingetdera i ett expertgranskat forum.
Rose säger att D-Wave arbetar med att bevisa bevis på intrassling, och att de senaste head-to-head-tester mot klassiska datorer visade att den går vidare med den typ av datorproblem som den är designad för att lösa.
Aaronson säger också att hur D-Waves processor är hårdkodad för en viss typ av problem kommer att hämma mängden problem som den kan lösa. Dessutom innebär det relativt lilla antalet qubits på processorn idag att den bara kan hantera små strängar av data. Att använda matematiska knep för att översätta ett problem till rätt form för att hantera dessa begränsningar, och att vända på processen när D-Waves chip har gett sitt svar, kan orsaka betydande nedgångar, säger Aaronson. Rose säger att en kvantprocessor kommer att vara tillräckligt snabb för att övervinna sådana straff, och han säger att han har ingenjörer som arbetar på sätt att automatiskt översätta normal programmeringskod till vad ett D-Wave-chip behöver.
Huruvida D-Wave kan tillfredsställa Aaronson och andra skeptiker eller inte spelar ingen roll för investerare och teknikföretag. Det beror på att datorkraft inom så många affärsområden är avgörande för att upprätthålla en konkurrensfördel, säger man Steve Jurvetson , en partner på riskkapitalföretaget Draper Fisher Jurvetson, som har investerat i D-Wave två gånger och kallar det den mest unika swing-for-the-fences-teknologin han någonsin finansierat. Applikationsutrymmet för detta, säger han, är var som helst där vi har behövt falla tillbaka på en heuristik – en tumregel – för att lösa ett problem: daytraders, molekylär modellering, vem som helst inom e-handel och Googles och Microsofts i värld. Företag som Lockheed, Amazon och stora läkemedelsföretag är mest bekanta med gränserna för konventionella datorer och kommer att vara först i kön, säger Jurvetson, men att designa en ny bil eller en ny webbutik kan också gynnas.
Företag och myndigheter har en annan, kanske mer angelägen motivation att chansa på en startup som har en tjusig idé men några oroande lösa trådar. Det finns goda skäl att tro att den exponentiella tillväxten i datorkraft som setts under de senaste decennierna håller på att ta slut, säger Bob Lucas, som leder forskning om superdatorer och kvantberäkningar vid University of Southern California, där Lockheeds D-Wave-dator är installerad. Många av de vanliga framstegen inom datorkraft har kommit från anslutningar på kretsar som krymper år efter år, men med den ledande chiptillverkaren Intel som för närvarande arbetar med att göra dem bara 14 nanometer i diameter, finns det inte mycket mindre saker att göra. Vi lever under de senaste 10 åren av exponentiell tillväxt av [klassisk] datorkraft, och alternativ till det kommer att bli mer intressanta, säger Lucas. Han tillägger att han genom sina experiment på Lockheeds D-Wave-system har förvandlats från mycket skeptisk till försiktigt optimistisk om tekniken.