ИИ-2041. Десять образов нашего будущего - Кай-фу Ли
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Для постройки работоспособного и расширяемого квантового компьютера предстоит придумать новые технологии и создать беспрецедентные вакуумные камеры, сверхпроводники и суперохлаждающие холодильники — только так можно минимизировать потери квантовой когеренции[109] (результат декогеренции) из-за влияния окружающей среды.
Ученым удалось увеличить количество кубитов, затратив, правда, очень много времени; в 2020 году их стало 65 — против двух в 1998-м. Но их пока по-прежнему слишком мало, чтобы сделать что-нибудь действительно полезное для человечества[110]. Однако и на нескольких десятках кубитов некоторые вычислительные задачи идут в миллионы раз быстрее, чем на классических компьютерах.
В 2019 году Google продемонстрировала нам это «квантовое превосходство»: 54-кубитный квантовый компьютер за считаные минуты решил задачу (правда, совершенно бесполезную — «экспериментальную»), на которую у классических компьютеров ушли бы годы.
Так когда же у нас будет достаточно кубитов, чтобы решать реальные проблемы, а не просто устраивать эффектные демонстрации? И сколько их, кстати, вообще нужно для получения практической пользы?
Согласно дорожной карте IBM, в течение последующих трех лет количество кубитов будет увеличиваться более чем вдвое каждый год, и к 2023 году мы можем получить процессор на 1000 кубитов. А поскольку 4000 логических кубитов[111] должно быть достаточно для некоторых полезных применений, оптимисты прогнозируют, что в действительности (не в лабораториях) квантовые компьютеры появятся лет через пять-десять.
Однако эти оптимисты упускают из виду некоторые весьма серьезные проблемы. Специалисты из IBM признают: контроль ошибок, вызванных декогеренцией, ухудшается по мере добавления кубитов. Справиться с этим поможет сложное тонкое оборудование, для которого потребуются новые технологии и прорыв в точном машиностроении.
А еще из-за ошибок декогеренции необходимо, чтобы каждый логический кубит был представлен множеством кубитов физических — это должно обеспечить стабильность, коррекцию ошибок и отказоустойчивость системы. По оценкам специалистов, для обеспечения эффективности в 4000 логических кубитов, скорее всего, потребуется не менее миллиона физических. Так что даже когда публике предъявят первый полезный квантовый компьютер, массовое производство подобной техники еще долгие годы будет серьезной проблемой.
К тому же код для квантовых компьютеров совсем не похож на код для «классики», поэтому предстоит создать новые инструменты программирования.
Большинство экспертов сегодня полагают, что на создание полезного квантового компьютера уйдет от десяти до тридцати лет. Я же, основываясь на этом экспертном мнении, прогнозирую: с 80-процентной вероятностью к 2041 году у нас будет функциональный квантовый компьютер с 4000 логических кубитов (и более чем миллионом физических), способный делать то, что описано в рассказе «Квантовый геноцид». По крайней мере, в части взлома кода, используемого сегодня для защиты биткойнов.
Одним из вариантов применения функционального квантового компьютера, который однозначно изменит наш мир к лучшему, станет разработка новых лекарств. Современные суперкомпьютеры могут анализировать только основные молекулы, но их общее число, пригодное для создания эффективного лекарства, экспоненциально больше, чем число всех атомов в наблюдаемой Вселенной.
Для решения задач такого масштаба требуются квантовые компьютеры, принцип работы которых базируется на тех же квантовых свойствах молекул, которые они станут моделировать. Такие компьютеры смогут одновременно создавать in silico новые соединения (предположительно — лекарственные средства), моделировать сложные химические реакции с их участием и оценивать их эффективность для лечения различных заболеваний.
Американский физик Ричард Фейнман сказал в 1980 году: «Если хотите создать модель природы, лучше сделать ее квантово-механической». Квантовый компьютер сможет давать прогнозы, непосильные для классического компьютера: предлагать способы противодействия климатическим изменениям; предсказывать риски пандемий и последствия изобретения новых материалов; исследовать космос; моделировать деятельность человеческого мозга; понимать квантовую физику.
Влияние квантовых компьютеров на ИИ не ограничится просто ускорением методов глубокого обучения. Программирование такого компьютера позволяет производить для всех возможных вариантов, представленных кубитами, параллельную оценку каждого потенциального решения. Таким образом, квантовый компьютер попытается найти наилучший ответ за минимальное время. И это может привести к революции в сфере машинного обучения и решения задач, которые до сих пор считались неразрешимыми.
ПРИМЕНЕНИЕ КВАНТОВЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ В СФЕРЕ БЕЗОПАСНОСТИ
В рассказе «Квантовый геноцид» гениальный физик Марк Руссо, переживший личную трагедию, использует прорыв в квантовых вычислениях для кражи биткойнов. Биткойн — это наиболее распространенная криптовалюта, которую можно обменять на любые другие активы (в том числе драгметаллы или деньги).
Но биткойн не имеет собственной ценности (в отличие, скажем, от золота). Его не поддерживает ни одно правительство, никакой центральный банк (в отличие от национальных валют). Биткойны существуют виртуально в интернете, безопасность транзакций с ними обеспечивается кодом, который не взломать ни одному классическому компьютеру.
Ограниченность современных вычислительных мощностей гарантирует, что количество биткойнов не превысит 21 миллиона — то есть исключены избыточное предложение и, соответственно, инфляция. Биткойны стали особо популярны с началом пандемии ковида, поскольку все большему числу корпораций и частных лиц понадобились надежные активы, невосприимчивые к искусственной инфляции, порождаемой денежными вливаниями центральных банков. Биткойн технически спроектирован как актив-убежище, поэтому в последнее время существенно вырос в цене. В январе 2021 года общая стоимость биткойнов превысила 1 триллион долларов.
Кража биткойнов кажется мелочью на фоне грандиозных преступных вариантов применения квантовых вычислений, описанных в рассказе, зато она считается возможной даже при наличии самого маломощного квантового компьютера. Это позволяет предположить, что первое, если так можно выразиться, «полезное» применение этой технологии будет именно таким.
На разработку других способов квантовых вычислений уйдут годы, но взломать некоторые типы криптографии относительно несложно уже сейчас — была бы подходящая техника. Для этого годится квантовый алгоритм Шора, предложенный в 1994 году профессором Массачусетского технологического института и названный именем автора.
Если реализовать алгоритм Шора и на квантовом компьютере с 4000 или большим числом кубитов, то большую часть современного шифрования, основанную на классе алгоритмов под названием «асимметричная криптография» (где наиболее известен алгоритм RSA), можно будет взломать. Некоторые специалисты, кстати, убеждены, что именно работа Шора подогрела интерес к квантовым компьютерам.
Алгоритм RSA используется для транзакций с биткойнами и некоторых других, а также для создания цифровых подписей. В нем, как и во всех алгоритмах асимметричного шифрования, используется два ключа: открытый и закрытый (секретный). Они представляют собой очень длинные математически связанные последовательности символов. Трансформировать закрытый ключ в открытый очень просто, а вот обратное на классических компьютерах практически невозможно.
Отправляя мне биткойны (скажем, оплачивая какую-то покупку), вы посылаете вместе с ними скрипт (программу — сценарий действий), который, по сути, играет роль «квитанции о депозите» (или транзакции). В качестве открытого ключа при этом используется учетная запись (или адрес биткойн-кошелька) получателя.
Открытый ключ виден всем, но лишь у владельца кошелька есть закрытый ключ, только с помощью которого можно открыть эту «депозитную квитанцию». Закрытый ключ служит цифровой
