Quantum Dream Machine do Google - FAZ EM UM SEGUNDO O QUE OS PC'S DE HOJE LEVARIAM MILHÕES DE ANOS

O físico John Martinis pode entregar um dos objetivos primordiais da computação para o Google - a máquina que dramaticamente acelera aplicações de hoje e faz o impossível, possível.

(TRADUZIDO AO PÉ DA LETRA PELO GOOGLE TRANSLATOR DO ARTIGO DA http://www.technologyreview.com/news/544421/googles-quantum-dream-machine/)

John Martinis usou o braço de seus óculos de leitura para indicar o local onde ele pretende mostrar uma nova forma quase inimaginavelmente poderoso de computador em poucos anos. É um encaixe cilíndrico de uma polegada e meia de diâmetro, na parte inferior de uma pilha de tamanho tronco-de placas, blocos, e os fios de latão, cobre, ouro e. O dia depois que eu encontrei com ele esta queda, ele carregou o soquete com um chip supercondutor experimental gravada com um logotipo do Google microscópica e arrefecido o aparelho a um centésimo de grau Celsius acima do zero absoluto. Para comemorar esse primeiro dia de testar a máquina, Martinis lançou o que chamou de "uma pequena festa" em um brewpub com colegas do seu laboratório Google recém-equipado em Santa Barbara, Califórnia.

Esse partido não era nada comparado com a celebração que terá lugar se Martinis e seu grupo pode realmente criar o computador de admirar que eles procuram. Porque iria aproveitar as estranhas propriedades da física quântica que possam surgir em condições extremas, como aqueles no chip ultrafrio, o novo computador deixaria um codificador Google cálculos são executados em um café que levariam um supercomputador de hoje milhões de anos. O software que o Google desenvolveu em computadores comuns para dirigir carros ou responder a perguntas pode se tornar muito mais inteligente. E as idéias mais cedo-estágio borbulhando no Google e sua empresa-mãe, tais como robôs que podem servir como equipes de emergência ou de software que podem conversar em um nível humano, pode se tornar real.

Os fundamentos teóricos da computação quântica estão bem estabelecidos. E os físicos podem construir as unidades básicas, conhecidas como qubits, dos quais um computador quântico poderia ser feita. Eles podem até mesmo operar qubits juntos em pequenos grupos. Mas eles não fizeram, um computador quântico prático inteiramente de trabalho.

Martinis é uma figura de destaque no campo: seu grupo de pesquisa na Universidade da Califórnia, Santa Barbara, demonstrou alguns dos qubits mais confiáveis ​​ao redor e começado-los funcionando parte do código um computador quântico seria necessário para funcionar. Ele foi contratado pelo Google em junho 2014 depois de convencer a empresa de que a tecnologia do seu time poderia amadurecer rapidamente com o apoio certo. Com seu novo laboratório up Google e em execução, Martinis adivinha que ele possa demonstrar que um computador quântico pequeno, mas útil em dois ou três anos. "Costumamos dizer uns aos outros que estamos no processo de dar à luz a indústria de computadores do quantum", diz ele.

Google e computação quântica é um jogo feito no céu algorítmica. A empresa é frequentemente dito ser definido por uma fome insaciável de dados. Mas o Google tem uma dependência estratégica mais premente: a tecnologia que extrai informações de dados, e até mesmo cria a inteligência dele. A empresa foi fundada para comercializar um algoritmo para classificar as páginas da Web, e construiu seus fundamentos financeiros com os sistemas que vendem e segmentar anúncios. Mais recentemente, o Google tem investido fortemente no desenvolvimento de software AI que pode aprender a compreender a língua ou as imagens, execute raciocínio básico, ou dirigir um carro através de tráfego em todas as coisas que permanecem complicado para os computadores convencionais, mas deve ser uma brisa para os quântica. "Aprendizagem de máquina é um núcleo, forma transformadora por que estamos repensando como estamos fazendo tudo", CEO do Google, Sundar Pichai, informou recentemente os investidores. Apoiar esse esforço seria o primeiro de muitos postos de trabalho para nova indústria quantum de Martinis.

Criador de sonhos

Ainda recentemente, na semana passada, a perspectiva de um computador quântico fazendo nada de útil dentro de poucos anos parecia remota. Pesquisadores no governo, acadêmicos e laboratórios corporativos estavam longe de combinar qubits suficiente para fazer até mesmo uma máquina simples prova-de-princípio. Uma startup canadense bem financiado chamado Sistemas D-Wave vendido alguns exemplos do que ele chamou de "primeiros computadores quânticos comercial do mundo", mas passou anos de não conseguir convencer os especialistas de que as máquinas realmente estavam fazendo o que um computador quântico deve (ver "A CIA e Jeff Bezos Bet on Quantum Computing ").

Então NASA convocou os jornalistas para a construção de N-258 em seu Centro de Pesquisa Ames, em Mountain View, Califórnia, que desde 2013 já recebeu um computador D-Wave comprado pelo Google. Há Hartmut Neven, que lidera o laboratório Quantum Inteligência Artificial Google estabeleceu para experimentar com a máquina D-Wave, revelou a primeira evidência real de que ele pode oferecer os defensores do poder de computação quântica prometeram. Em um teste cuidadosamente projetado, o chip supercondutor dentro da D-Wave computador conhecido como um quantum annealer-tinha realizado 100 milhões de vezes mais rápido que um processador convencional.

Ainda recentemente, na semana passada, a perspectiva de um computador quântico fazendo nada de útil dentro de poucos anos parecia remota. Então NASA convocou jornalistas para seu Centro de Pesquisas Ames, em Mountain View.

No entanto, este tipo de vantagem deve estar disponível em tarefas de computação práticos, não apenas testes inventados. "Precisamos torná-lo mais fácil de tomar um problema que surge na mesa de um engenheiro e colocá-lo no computador", disse Neven, especialista em aprendizado de máquina falante. É aí que vem em Martinis. Neven que não acho que D-Wave pode obter uma versão de seu annealer quantum pronto para servir os engenheiros do Google rapidamente o suficiente, então ele contratou Martinis para fazê-lo. "Ficou claro que não podemos apenas esperar", diz Neven. "Há uma lista de deficiências que precisam ser superados, a fim de chegar a uma tecnologia real." Ele diz que os qubits no chip da D-Wave são muito confiáveis ​​e não estão ligados entre si grossa o suficiente. (CEO da D-Wave, Vern Brownell, responde que ele não está preocupado com a concorrência da Google.)

Google vai concorrer não só com o que quer melhorias D-Wave pode fazer, mas também com a Microsoft e IBM, que têm projetos de computação quântica substanciais do seu próprio (ver "Mecânica Quântica da Microsoft" e "IBM mostra um Quantum Computing Chip"). Mas essas empresas estão focadas em projetos muito mais longe de se tornar praticamente útil. Na verdade, uma linha do tempo interno bruto para o projeto do Google estima que o grupo de Martinis pode fazer uma annealer quantum com 100 qubits tão logo mais recente chip de 2017. D-Wave já tem 1.097 qubits, mas Neven diz um chip de alta qualidade com menor número de qubits, provavelmente, ser útil para algumas tarefas, no entanto. A annealer quântico pode executar apenas um determinado algoritmo, mas ele passa a ser um bem adequado para as áreas de Google mais se preocupa. As aplicações que poderiam beneficiar particularmente incluem reconhecimento de padrões e aprendizagem de máquina, diz William Oliver, um membro da equipe sênior do MIT Lincoln Laboratory, que estudou o potencial da computação quântica.

John Martinis, 57 anos, é a pessoa perfeita para lutar uma mecha assustadoramente complexo de pesquisa de física quântica em uma nova disciplina da engenharia. Não só ele pode mergulhar na matemática esotérica, mas ele gosta de construir coisas. Operando até mesmo um único qubit é um quebra-cabeça montado a partir de teoria profunda quantum, física de estado sólido, ciência dos materiais, microfabricação, desenho mecânico, e eletrônica convencional. Martinis, que é alto com grande voz, amigável, faz questão de, pessoalmente, dominar a teoria ea execução técnica de cada peça. Dando uma turnê de seu novo laboratório no Google, ele está tão animado com os novos ferros de solda e máquinas-ferramentas na área de oficina convencional como ele está prestes a equipamentos mais sofisticados que arrepia fichas e os opera. "Para mim é divertido", diz ele. "Eu tenho sido capaz de fazer experimentos ninguém mais poderia fazer, porque eu poderia construir meus próprios eletrônica."

Este chip experimental, marcado com o logotipo do Google, é arrefecida até ligeiramente acima do zero absoluto, a fim de gerar os efeitos quânticos.

Martinis e sua equipe tem que ser hábeis em tantas coisas, porque qubits são inconstantes. Elas podem ser feitas de várias maneiras-Martinis usa alças de alumínio refrigerados com pequenas correntes até se tornarem supercondutores, mas todos representam dados por meio de estados quânticos delicados que são facilmente distorcidos ou destruídos pelo calor e ruído electromagnético, potencialmente arruinar um cálculo.

Qubits usar sua física frágil para fazer a mesma coisa que os transistores usam a eletricidade para fazer em um chip convencional: representam bits binários de informação, 0 ou 1. Mas qubits também pode atingir um estado, chamado de superposição, que é eficaz tanto 0 e 1, ao mesmo tempo. Qubits em uma superposição pode tornar-se ligados por um fenômeno conhecido como entrelaçamento, o que significa uma ação realizada em um tem efeitos imediatos, por outro. Esses efeitos permitem que uma única operação em um computador quântico para fazer o trabalho de muitos, muitos mais operações em um computador convencional. Em alguns casos, a vantagem de um computador quântico sobre um convencional deve crescer exponencialmente com a quantidade dos dados a serem trabalhados.

A dificuldade de criação de qubits que são estáveis ​​o suficiente é a razão não temos computadores quânticos ainda. Mas Martinis tem vindo a trabalhar sobre isso por mais de 11 anos e acha que ele é quase lá. O tempo de coerência de seus qubits, ou o período de tempo que possam manter uma superposição, é dezenas de microssegundos-cerca de 10.000 vezes mais do que para aqueles com chip da D-Wave.

A confiança de martinis no hardware do seu time ainda tem ele pensando que ele pode construir uma alternativa ao Google uma annealer quantum que seria ainda mais poderosa. Um computador quântico universal, como seria chamado, pode ser programado para enfrentar qualquer tipo de problema, não apenas um tipo de matemática. A teoria por trás dessa abordagem é realmente melhor entendida do que o outro para annealers, em parte porque a maioria do tempo e dinheiro em pesquisa computação quântica têm se dedicado a computação quântica universal. Mas qubits não ter sido confiável o suficiente para traduzir a teoria em um computador quântico universal trabalhando.

Esta estrutura de placas de metal é necessário arrefecer e proteger fichas quântica.

Até março, ou seja, quando Martinis e sua equipe tornou-se o primeiro a demonstrar qubits que cruzaram um limiar confiabilidade crucial para um computador quântico universal (ver "Os investigadores do Google Faça Quantum Computing Components Mais Confiável"). Eles tem um chip com nove qubits para executar parte de um programa de verificação de erros, o chamado código de superfície, o que é necessário para tal um computador para funcionar (IBM, desde então, começado parte do código superfície de trabalho em quatro qubits). "Nós demonstramos a tecnologia a um ponto onde eu sabia que nós poderíamos escalar acima", diz Martinis. "Este era real."

Martinis visa mostrar um computador quântico universal completa com cerca de 100 qubits em torno do mesmo tempo, ele oferece novo annealer quantum do Google, em cerca de dois anos. Isso seria um marco na ciência da computação, mas seria improvável para ajudar os programadores do Google imediatamente. Tal é a complexidade do código de superfície que, apesar de um chip com 100 qubits poderia executar o programa de verificação de erros, seria incapaz de fazer qualquer trabalho útil, além de que, diz Robert McDermott, que lidera um grupo de pesquisa de computação quântica no Universidade de Wisconsin. No entanto, Martinis pensa que uma vez que ele pode obter seus qubits confiáveis ​​o suficiente para colocar 100 deles em um chip quântico universal, o caminho para combinar muitos mais irão abrir. "Isso é algo que entendemos muito bem", diz ele. "É difícil conseguir coerência, mas fácil de escalar."

Algoritmos estúpidos

Quando Martinis explica porque sua tecnologia é necessária no Google, ele não poupou os sentimentos das pessoas que trabalham no AI. "Algoritmos de aprendizado de máquina são realmente uma espécie de idiota", diz ele, com um toque de admiração em sua voz. "Eles precisam de tantos exemplos para aprender."

De fato, o aprendizado de máquina usado pelo Google e outras companhias de computação é patético próxima à forma como os seres humanos ou os animais pegar novas habilidades ou conhecimentos. Ensinar um pedaço de software novos truques, como forma de reconhecer carros e gatos nas fotos, em geral, exige milhares ou milhões de exemplos cuidadosamente curadoria e rotulados. Embora uma técnica chamada de aprendizado profundo produziu recentemente avanços marcantes na precisão com que o software pode aprender a interpretar imagens e discurso, faculdades mais complexos, como compreender as nuances da linguagem permanecem fora do alcance das máquinas.

Descobrir como os chips da Martinis pode fazer o software do Google menos estúpido cai para Neven. Ele acha que o poder prodigioso de qubits vai reduzir o fosso entre aprendizagem de máquina e biológica aprendizagem e refazer o campo da inteligência artificial. "A aprendizagem da máquina será transformada em aprendizagem quântica", diz ele. Isso poderia significar um software que pode aprender a partir de dados mais confusa, ou de menos dados, ou mesmo sem instrução explícita. Por exemplo, os pesquisadores do Google têm projetado um algoritmo eles acham que poderia permitir que o software de aprendizagem de máquina para pegar um novo truque, mesmo que, tanto quanto a metade dos dados de exemplo que é dado é incorretamente rotulado. Neven comenta que este tipo de músculo computacional pode ser a chave para dar computadores capacidades hoje limitada a seres humanos. "As pessoas falam sobre se podemos fazer máquinas de sistemas mais criativas criativas podemos construir sistemas de inteligência artificial será quântica", diz ele.

Mais praticamente, apenas com máquina de D-Wave para a prática de, por enquanto, os pesquisadores do Google não pode fazer muito mais do que especular sobre o que exatamente eles poderiam ou deveriam fazer com os chips Martinis está construindo. Mesmo quando o fazem chegar as suas mãos sobre eles, isso vai levar tempo para inventar e construir a infra-estrutura necessária para operar um grande número de dispositivos exóticos para que eles possam contribuir materialmente para os negócios do Google.

Neven está confiante de que os artesãos quântica do Google e sua equipe pode obter através de tudo isso. Ele imagens de linhas de chips de supercondutores alinhados em centros de dados para os engenheiros do Google para acesso através da Internet relativamente breve. "Eu poderia prever que em 10 anos não há nada, mas a máquina quântica aprendizagem você não fizer da forma convencional mais", diz ele. A Martinis sorrindo cautelosamente aceita essa visão. "Eu gosto disso, mas é difícil", diz ele. "Ele pode dizer isso, mas eu tenho que construí-lo."

Forte abraço,
Prof. Sérgio Torres
Dicas de Física e Super Interessantes

                                                     Sergio Torres


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