Googles vd Sundar Pichai om att uppnå kvantöverhöghet

Fotografi av Sundar Pichai som står bredvid en kvantdator på Google Google för MIT Technology Review

I en tidning idag i Nature , och ett företagsblogginlägg , hävdar Googles forskare att de har uppnått kvantöverhöghet för första gången. Deras 53-bitars kvantdator, som heter Sycamore, tog 200 sekunder att utföra en beräkning som, enligt Google, skulle ha tagit världens snabbaste superdator 10 000 år. (Ett utkast till tidningen läckte online förra månaden.)

Beräkningen har nästan ingen praktisk användning – den spottar ut en rad slumpmässiga tal. Den valdes bara för att visa att Sycamore verkligen kan fungera som en kvantdator ska. Användbara kvantmaskiner är många år bort, de tekniska hindren är enorma, och även då kommer de förmodligen att slå klassiska datorer bara vid vissa uppgifter. (Se Här är vad kvantöverlägsenhet gör – och inte – betyder för datoranvändning.)

Men det är ändå en viktig milstolpe – en som Sundar Pichai, Googles VD, jämför med den 12 sekunder långa första flygningen av bröderna Wright. Jag pratade med honom för att förstå varför Google redan har spenderat 13 år på ett projekt som kan ta ytterligare ett decennium eller mer att löna sig.

Intervjun har förtätats och redigerats för tydlighetens skull. (Det spelades också in innan IBM publicerade ett papper som ifrågasatte Googles anspråk på kvantherravälde.)

MIT TR: Du har en kvantdator för att utföra en mycket smal, specifik uppgift. Vad kommer det att krävas för att få till en bredare demonstration av kvantöverhöghet?

Sundar Pichai: Du skulle behöva bygga en feltolerant kvantdator med fler qubits så att du kan generalisera den bättre, köra den under längre tidsperioder och därmed kunna köra mer komplexa algoritmer. Men du vet, om du har ett genombrott inom något område, börjar du någonstans. För att låna en analogi - bröderna Wright. Det första planet flög bara i 12 sekunder, så det finns ingen praktisk tillämpning av det. Men den visade möjligheten att ett plan kunde flyga.

Ett antal företag har kvantdatorer. IBM, till exempel, har ett gäng av dem online som folk kan använda i molnet. Varför kan deras maskiner inte göra vad Google har gjort?

Det viktigaste jag skulle kommentera är varför Google, teamet, har kunnat göra det. Det kräver mycket systemteknik – förmågan att arbeta på alla lager i stacken. Detta är så komplicerat som det blir ur ett systemtekniskt perspektiv. Du börjar bokstavligen med en wafer, och det finns ett team som bokstavligen etsar grindarna, gör grindarna och sedan [upparbetar] lager av stacken hela vägen för att kunna använda AI för att simulera och förstå det bästa resultatet.

Den sista meningen i tidningen säger att vi bara är en kreativ algoritm ifrån värdefulla tillämpningar på kort sikt. Några gissningar på vad det kan vara?

Den verkliga spänningen med kvant är att universum i grunden fungerar på ett kvantsätt, så att du kommer att kunna förstå naturen bättre. Det är tidiga dagar, men där kvantmekaniken lyser är förmågan att simulera molekyler, molekylära processer, och jag tror att det är där den kommer att vara starkast. Drogupptäckten är ett bra exempel. Eller gödningsmedel – Haber-processen producerar 2 % av koldioxidutsläppen i världen [ se not 1 ]. I naturen görs samma process mer effektivt.

Anmärkning 1: Haber-processen

• De Haber-Bosch-processen , som gör ammoniak för gödning genom att kombinera kväve från luften med väte från naturgas och ånga, producerar uppskattningsvis 1,44 % av de globala koldioxidutsläppen och drygt 1 % av de totala utsläppen av växthusgaser.

Så hur långt borta tror du att en ansökan som att förbättra Haber-processen kan vara?

Jag skulle tro ett decennium bort. Vi är fortfarande några år ifrån att skala upp och bygga kvantdatorer som kommer att fungera tillräckligt bra. Andra potentiella tillämpningar [kan inkludera] att designa bättre batterier. Hur som helst, du har att göra med kemi. Att försöka förstå det bättre är där jag skulle lägga mina pengar på.

Även människor som bryr sig om dem säger att kvantdatorer kan vara som kärnfusion: precis runt hörnet under de kommande 50 åren. Det verkar nästan vara ett esoteriskt forskningsprojekt. Varför är Googles vd så exalterad över detta?

Google skulle inte vara här idag om det inte vore för utvecklingen vi har sett inom datoranvändning genom åren. Moores lag har tillåtit oss att skala upp vår beräkningskapacitet för att betjäna miljarder användare över många produkter i stor skala. Så innerst inne ser vi oss själva som ett djupgående datavetenskapsföretag. Moores lag är, beroende på hur du tänker om det, i slutet av sin cykel. Quantum computing är en av de många komponenter som vi kommer att fortsätta med att göra framsteg inom datoranvändning.

Den andra anledningen till att vi är glada är - ta en enkel molekyl. Koffein har 243 tillstånd eller något liknande [ faktiskt 1048—se not 2 ]. Vi vet att vi inte ens kan förstå den grundläggande strukturen hos molekyler idag med klassisk datoranvändning. Så när jag tittar på klimatförändringar, när jag tittar på mediciner, är det därför jag är övertygad om att kvantberäkning en dag kommer att driva framsteg där.

Anmärkning 2: Koffein

• Koffein, med 24 atomer, kan finnas i 10⁴⁸distinkta kvanttillstånd, dvs konfigurationer av dessa atomer. Det betyder att för att en klassisk dator ska representera koffein perfekt skulle det krävas 10⁴⁸bitar – nära antalet atomer i hela jorden (10⁴⁹eller 10^femtio). Ett 1-gigabyte minneschip har cirka 10¹⁰bitar.

  
  
  

TILL profil på dig i Fast Company beskrev dig som en känsla av föraning när du såg en AI lära sig att identifiera kattbilder helt av sig själv, redan 2012. [Den här saken skulle skala upp och kanske avslöja hur universum fungerar, citeras Pichai. Detta kommer att vara det viktigaste vi arbetar med som mänsklighet.] Känns kvantdatorn lika viktig?

Absolut. Att kunna vara i labbet och faktiskt fysiskt manipulera qubiten och att kunna sätta den i ett superpositionstillstånd var ett lika djupt ögonblick för mig, eftersom det, till min tidigare poäng, är hur naturen fungerar. Det öppnar upp ett helt nytt utbud av möjligheter som inte fanns förrän idag.

Det kan ta väldigt lång tid att komma till kvantsystem som kan göra något allvarligt. Hur hanterar man tålamod på ett företag som är vant vid mycket snabba framsteg?

Du vet, jag tillbringade tid med Hartmut [Neven], som leder kvantteamet tillsammans med John Martinis, den främsta hårdvaruforskaren. Och jag nämnde att jag hoppade av min doktorsexamen i materialvetenskap, och folk runt omkring mig arbetade med högtemperatursupraledare. Det här var 26 år sedan, och jag satt i labbet och jag tänker, Wow, det här kommer att behöva mycket tålamod att gå igenom. Och jag kände att jag inte hade så mycket tålamod. Jag har djup respekt för människorna i teamet som har hållit på den här resan under lång tid. Men i stort sett alla grundläggande genombrott fungerar på det sättet, och du behöver en sådan långsiktig vision för att bygga den.

Anledningen till att jag är exalterad över en milstolpe som denna är att även om saker och ting tar lång tid, är det dessa milstolpar som driver framsteg på fältet. När Deep Blue slog Garry Kasparov var det 1997. Snabbspola fram till när AlphaGo slog [Lee Sedol 2016] – du kan titta på det och säga, Wow, det är mycket tid. Men varje milstolpe belönar de människor som arbetar med det och lockar en helt ny generation till fältet. Det är så mänskligheten gör framsteg.

Och till min tidigare systemtekniska punkt - vi trycker på många lager av stacken. Så vi driver framsteg som kommer att användas på många, många olika sätt. Till exempel att vi bygger våra egna datacenter är det som gjorde att vi kunde bygga något som TPU:er [tensorbehandlingsenheter, specialiserade chips för Googles ramverk för djupinlärning, TensorFlow], som gör att våra algoritmer går snabbare. Så det är en god cirkel. En av de fantastiska sakerna med att arbeta med moonshots är att även dina misslyckanden längs sidan är värda något, och även interimistiska milstolpar har andra tillämpningar. Så ja, du har rätt, vi måste ha tålamod. Men det finns en hel del verklig tillfredsställelse på vägen.

Hur mycket investerar du i kvantdatorer för tillfället?

Det är ett relativt litet lag. Men det bygger på alla investeringar vi har gjort under många år på olika lager av Google. Det bygger på företagets år av forskning och det tillämpade arbete vi har gjort ovanpå det.

Kan du prata om skillnaden i tillvägagångssätt mellan Google och IBM? För det första har IBM ett gäng kvantmaskiner som de placerar i molnet för människor att programmera, medan du gör det som ett internt forskningsprojekt [ se not 3 ].

Anmärkning 3: IBM om kvantöverhöghet

• Den 21 oktober publicerade IBM-forskare en artikel som ifrågasatte Googles påstående om att ha uppnått kvantherravälde. De hävdade att det, genom att använda en modifierad form av Googles teknik, borde vara möjligt att simulera Sycamores beräkning på ett klassiskt system på bara två och en halv dag istället för 10 000 år. En talesperson för Google säger: 'Vi välkomnar förslag för att förbättra simuleringstekniker, även om det är avgörande att testa dem på en verklig superdator, som vi har.' Han noterade också att eftersom komplexiteten hos kvantdatorer ökar exponentiellt, att lägga till bara några fler qubits skulle sätta uppgiften definitivt utanför gränserna för en klassisk maskin.

Det är bra att IBM tillhandahåller det som en molnanläggning och attraherar andra utvecklare. Jag tror att vi som ett team har fokuserat på att se till att vi bevisar för oss själva och för samhället att ni kan passera denna viktiga milstolpe av kvantöverlägsenhet.

IBM säger också att termen kvantöverhöghet är missvisande, eftersom den antyder att kvantdatorer så småningom kommer att göra allt bättre än klassiska datorer, när de i själva verket förmodligen alltid kommer att behöva arbeta tillsammans på olika delar av ett problem. De anklagar dig för att överhypa detta.

Mitt svar på det skulle vara att det är en teknisk term av konst. Människor i samhället förstår exakt vad milstolpen betyder.

Men påståendet är att allmänheten kan se det som ett tecken på att kvantdatorer nu har besegrat klassiska datorer.

Jag menar, det är inte annorlunda än när vi alla hyllar AI. Det finns människor som blandar ihop det med allmän artificiell intelligens. Därför tycker jag att det är viktigt att vi publicerar. Det är viktigt att människor som förklarar dessa saker hjälper allmänheten att förstå var vi är, hur tidigt det är och hur du alltid kommer att tillämpa klassisk datoranvändning på de flesta problem du behöver i världen. Det kommer fortfarande att vara sant i framtiden.

AI skapar affärer för Google på väldigt många nivåer. Det finns i tjänster som Översätt och Sök. Du tillhandahåller AI-verktyg till människor genom ditt moln. Du tillhandahåller ett AI-ramverk, TensorFlow, som låter människor bygga sina egna verktyg. Och du tillhandahåller specialiserade chips [TPU:erna som nämns ovan] som folk sedan kan använda för att köra sina verktyg på. Anser du att kvantberäkning så småningom blir så genomgripande för Google?

Det gör jag absolut. Och om du tar ett steg tillbaka, investerade vi i AI och utvecklade AI innan vi visste att det skulle fungera för oss i alla lager i stacken.

När det gäller alla praktiska tillämpningar du pratade om – vi använder inte AI-teknik bara för oss själva; vi tillhandahåller det till kunder över hela världen. Vi bryr oss om att demokratisera AI-tillgången. Detsamma skulle gälla för kvantberäkning också.

Vad tror du att kvantberäkning kan betyda för AI själv? Kan det hjälpa oss att låsa upp barriären för artificiell allmän intelligens, till exempel om du kombinerar kvantberäkning och AI?

Jag tror att det kommer att vara en mycket kraftfull symbiotisk sak. Båda områdena är i tidiga faser. Det finns spännande arbete inom AI när det gäller att bygga större modeller, mer generaliserbara modeller och vilken typ av datorresurser du behöver för att komma dit. Jag tror att AI kan accelerera kvantberäkning och kvantberäkning kan accelerera AI. Och kollektivt tror jag att det är vad vi skulle behöva för att längre fram lösa några av de mest svårlösta problemen vi står inför, som klimatförändringar.

Du nämnde demokratisering av tekniken. Google har stött på en del etiska kontroverser kring AI – vem som ska ha tillgång till dessa verktyg och hur de ska användas. Vad har du lärt dig av att hantera dessa frågor, och hur informerar det ditt tänkande om kvantteknologi, som är mycket tidigare i sin utveckling?

Att publicera och engagera sig i det akademiska samhället i dessa skeden är mycket viktigt. Vi jobbar hårt för att engagera oss. Vi har publicerat vår omfattande AI-principer . Om du tar ett område som AI-bias tror jag att vi har publicerat över 75 forskningsartiklar under de senaste åren. Så, kodifiera vår etik och engagera proaktivt.

Jag tror att det finns områden där reglering kan vara meningsfull. Vi vill vara konstruktivt med och hjälpa till att få till rätt regelverk. Och slutligen, det finns en process för att engagera sig externt och få feedback. Dessa är alla tekniker som kommer att påverka samhället. Det finns inget företag som kan ta reda på vad som är rätt. Det finns ingen silverkula, men det här är tillräckligt tidigt för att under de kommande 10 åren måste vi engagera oss och arbeta tillsammans med allt detta.

Finns det inte lite av en motsägelse mellan att å ena sidan säga att du inte kommer att utveckla AI för vissa ändamål [enligt AI-principerna] och å andra sidan att skapa en plattform som gör det möjligt för människor att använda AI till vad som helst syfte de vill ha?

AI-säkerhet är en av våra viktigaste etiska principer. Du vill bygga och testa system för säkerhet. Det är inneboende i vår utveckling. Om du är orolig för att kvantsystem ska bryta kryptografi över tid, vill du utveckla bättre kvantkrypteringsteknologier. När vi byggde sök, var vi tvungna att lösa för spam.

Insatserna är klart högre med dessa teknologier, men en del av det är det tekniska tillvägagångssättet du tar, och en del av det, över tid, är global styrning och etiska överenskommelser. Du skulle behöva komma fram till globala ramverk som resulterar i resultat vi vill ha. Vi är fast beslutna att göra vad vi kan för att hjälpa till att utveckla [tekniken], inte bara på ett ansvarsfullt sätt, utan att använda den för att skydda säkerhet, demokrati, etc. Och det skulle vi göra tillsammans med institutionerna.

Finns det någon annan teknik som du också är riktigt exalterad över just nu?

För mig, precis som person, har radikalt bättre sätt att generera ren förnybar energi mycket potential. Men jag är bara i stort sett entusiastisk över kombinationerna av allt detta och hur vi praktiskt tillämpar det. Inom hälso- och sjukvården tror jag att vi står på gränsen till genombrott under det kommande decenniet eller så som kommer att bli djupgående. Men jag skulle också säga att AI själv – nästa generations AI-genombrott, nya algoritmer, bättre generaliserbara modeller, transfer learning, etc., är alla lika spännande för mig.

Dölj