Nästa generations datorteknik
Tillkomsten av kvantberäkningar representerar nästa stora tekniska omvandling och driver omfattande ekonomiska och sociala förändringar. Här är en kort introduktion till vad som förväntas av tekniken.
Kvalitetskontroll har potential att lösa problem som är exponentiellt mer komplexa än de som klassisk databehandling kan lösa.
En kvantdator på 1 000 qubit (som förväntas komma om 2–3 år) skulle kunna arbeta med10³⁰¹ (det vill säga en 1 följt av 301 nollor) olika så kallade "informationstillstånd" samtidigt.
Ett ”tillstånd” i detta sammanhang betyder en möjlig lösning på ett givet problem. De flesta möjliga lösningar kommer att vara fel, så ju fler tillstånd vi kan utforska, desto större är våra chanser att hitta den bästa lösningen.
Kvantglödgare är specialiserade för optimeringsuppgifter. Ett flygbolag kan använda en sådan dator för att utarbeta ett optimalt schema för flygplanens rutter, ett schema som minimerar bränsleförbrukningen samtidigt som det säkerställer att alla passagerarscheman uppfylls.
De kommer att börja göra kommersiell skillnad inom 2–5 år.
Gate-baserade kvantdatorer är universella, vilket innebär att de kommer att kunna beräkna ett brett spektrum av problem. I framtiden kommer ett läkemedelsföretag att använda en sådan för att simulera nya läkemedelssubstanser och utforska effekterna av miljontals av dem utan att behöva syntetisera och testa dem.
De kommer att börja göra kommersiell skillnad om 7–10 år.
Hårdvara
Vanligtvis äger företag som behöver kvalitetskontroll inte sina egna datorer. Idén med lokala kvantdatorer är för närvarande inte praktisk, av ett antal viktiga skäl:
Istället får slutanvändare av kvantdatorer tillgång till dem via molntjänster.
I den här metoden erbjuder leverantörer tillgång till sina egna QC-enheter via sina egna molntjänster. IBM är det viktigaste företaget som följer denna metod och erbjuder QC via sitt IBM Q Network.
Styrkor
Tätare integration mellan leverantörens befintliga molnplattform och kvantplattformen. Minskad nätverkslatens mellan en klassisk molnplattform och kvantplattformen, vilket kommer att vara en fördel för applikationer med låg latens (som bedrägeridetektering).
Svagheter
Begränsat urval av backend-alternativ för kvantberäkning
Potential för mer restriktiva kommersiella modeller
Risk för leverantörsinlåsning
I den här metoden ger ledande molntjänster åtkomst till tredjepartsleverantörers QC-enheter. Amazon Braket, till exempel, erbjuder tillgång till D-Wave, Rigetti, Oxford Quantum Circuits, IonQ och Xanadu, med fler på gång. Microsoft Azure Quantum erbjuder tillgång till Quantinuum, IonQ, Quantum Circuits Inc, rigetti, PASQAL, 1QBit, Microsoft QIO och Toshiba SQBM+.
Styrkor
Använder molnleverantörens befintliga åtkomst- och faktureringstjänster och liknande delade tjänster
Ger en enkel inkörsport till kvantdatorer, vanligtvis med en "betala per användning"-modell
Ger tillgång till en mängd olika kvantdatorer, vilket möjliggör jämförelse mellan plattformar och identifiering av lämplig enhet för det aktuella problemet.
Svagheter
Tendens mot högre latens vid åtkomst till kvantenheten på grund av nätverksrundturer och köer
Det skapar i sin tur problem i applikationer som bedrägeriupptäckt och högfrekvent handel som har krav på realtid eller låg latens, till den grad att sådana applikationer kanske inte är praktiska.
I framtiden kan molnleverantörer komma att hosta kvantenheter i sina datacenter tillsammans med sin traditionella CPU- och GPU-hårdvara, vilket minimerar latenseffekter och möjliggör en ny klass av kvantklassiska hybridapplikationer med hög genomströmning och låg latens, såsom bedrägeriupptäckt och högfrekvent handel.
API:er och tillhörande SDK:er tenderar att vara öppna för källor och, med några få undantag, skrivna i programmeringsspråket Python.
Varje ledande QC-leverantör tillhandahåller vanligtvis sina egna API:er för att stödja sina enheter eller tjänster.
Vissa leverantörer, som IonQ, har beslutat att stödja andra leverantörers API:er snarare än att utveckla sina egna proprietära API:er. IonQ, till exempel, stöder Qiskit från IBM och Cirq. Denna metod gör det möjligt att till exempel enklare porta kvantalgoritmer skrivna i Qiskit för en IBM-kvantmaskin för att köras på en IonQ-enhet.
Framtiden kommer att se ett litet antal standardiserade API:er, tillhandahållna eller obligatoriska av de stora teknik-/molnleverantörerna (IBM/Amazon/Microsoft), som leverantörer av kvantberäkningshårdvara kommer att bygga vidare på.
I sin strävan efter ledarskap inom kvalitetskontroll kommer finansinstitut sannolikt att upptäcka att kompetensutveckling och talangutveckling samt personalomsättning kommer att bli en viktig stridsplats. Ledande företag inom tillämpningen av kvantteknologier kommer att se sin säkerhet, operativa effektivitet och produkteffektivitet öka avsevärt, medan de som eftersläpar efter kommer att se dessa aspekter av sin verksamhet urholkas.
Även om vi inte förväntar oss att kvantdatorer är tillräckligt kraftfulla för att dekryptera dagens PKI-baserade kryptosystem på minst 10–12 år, finns det betydande arbete att göra för att förbereda dem för att motverka kvanthot.
QC har potentiellt transformativa tillämpningar inom en rad andra områden.
I takt med att kvalitetskontroll får allt större genomslag kommer vi naturligtvis att se användningsfall dyka upp inom ett flertal sektorer.
30 % årlig tillväxttakt från 2017 till 2025
Kvantdatorer kommer att vara lämpliga för vissa uppgifter. Inom kort kommer kvantdatorer att utmärka sig på att lösa komplexa numeriska problem och kommer att samexistera med befintliga klassiska datorer för att möjliggöra kvant-klassiska hybridsystem. Hybriditet är viktigt, eftersom medan klassisk databehandling levererar klippbara resultat, levererar kvantdatorer resultat i sannolikhetsfördelningar och genererar uppsättningar av svar som sedan kan kräva rensning med hjälp av klassiska datorer. Längre in i framtiden har QC potential att vara transformativ. Det kommer att åstadkomma enorma förbättringar inom vissa områden, vilket ger oss resurser att skapa revolutionerande nya läkemedel, optimera hur våra finansmarknader fungerar, säkra våra nätverk, förstå komplexa system, från jordens ekologier till globala nätverk av utbud och efterfrågan – och mer. När det gäller dess maximala effekter är horisonten öppen. Betydande förändringar är på gång på social och ekonomisk nivå: Precis som klassisk databehandling kommer kvalitetskontroll att vara heltäckande omvälvande när det gäller hur vi lever. Men historien återstår att skrivas, och de kommande decennierna kommer att bevittna vad våra bästa hjärnor kan göra med detta kraftfulla nya verktyg.