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La CIA e Jeff Bezos scommettono sull'informatica quantistica
All'interno di un edificio a blocchi in un sobborgo di Vancouver, dall'altra parte della strada rispetto a un trasandato McDonald's, c'è un posto più freddo di qualsiasi altra parte dell'universo conosciuto. All'interno c'è un processore per computer che il fondatore di Amazon Jeff Bezos e il braccio di investimento della CIA, In-Q-Tel, credono possa sfruttare le stranezze della meccanica quantistica per liberare più potenza di calcolo di qualsiasi chip per computer convenzionale. Bezos e In-Q-Tel fanno parte di un gruppo di investitori che scommettono $ 30 milioni su questa prospettiva.
impigliato : Fa parte della struttura che raffredda e protegge il processore D-Wave in modo che possa (apparentemente) eseguire i suoi calcoli quantistici.
Se la scommessa funziona, alcuni dei problemi informatici più spinosi del mondo, come la caccia a nuovi farmaci o gli sforzi per costruire l'intelligenza artificiale, diventerebbero notevolmente meno impegnativi. Questo sviluppo cancellerebbe anche la reputazione corrotta di D-Wave Systems, la startup il cui sforzo di otto anni per creare un computer quantistico ha guadagnato poco più di uno scetticismo che rasenta il ridicolo da parte di fisici di spicco.
Il processore superraffreddato di D-Wave è progettato per gestire quelli che gli ingegneri del software chiamano problemi di ottimizzazione, il nucleo di enigmi come capire il percorso di consegna più efficiente o come si muoveranno gli atomi in una proteina quando incontra un composto farmacologico. Praticamente tutto ha a che fare con l'ottimizzazione, ed è il fondamento del machine learning, che è alla base di quasi tutta la creazione di ricchezza su Internet, afferma Geordie Rose, fondatore e chief technology officer di D-Wave. Nell'apprendimento automatico, una branca dell'intelligenza artificiale, il software esamina le informazioni sul mondo e formula un modo appropriato per agire in futuro. È alla base di tecnologie come il riconoscimento vocale e le raccomandazioni sui prodotti ed è una priorità per la ricerca di aziende, come Google e Amazon, che si affidano ai big data.
I clienti della nostra comunità di intelligence hanno molti problemi complessi che mettono a dura prova l'architettura informatica classica, ha affermato Robert Ames, vicepresidente per le tecnologie dell'informazione e della comunicazione presso In-Q-Tel, in una dichiarazione rilasciata oggi. Il cliente principale di In-Q-Tel è la CIA e la National Security Agency è un altro. Entrambi sono noti per investire pesantemente nella raccolta e nell'analisi automatizzate di intelligence.
Rose, un canadese fiducioso con una chitarra e una spada da samurai appoggiata in un angolo del suo ufficio senza finestre, ha fatto grandi affermazioni ai giornalisti dal 2007, quando ha presentato il primo processore proof-of-concept di D-Wave a un evento di alto profilo a il Computer History Museum di Mountain View, California. I partecipanti hanno visto un processore D-Wave (apparentemente) risolvere i puzzle di sudoku e trovare una corrispondenza stretta con una particolare molecola di farmaco in una raccolta di altri composti. Ma nelle settimane, nei mesi e negli anni che seguirono, scetticismo e accuse di frode piovvero sull'azienda da esperti accademici di informatica quantistica. Le previsioni iniziali di Rose su quanto velocemente l'azienda avrebbe aumentato le dimensioni e le capacità dei suoi chip sono cadute nel dimenticatoio e l'azienda, sebbene ancora ben finanziata, è stata pubblicamente silenziosa.
L'iscrizione a Bezos e In-Q-Tel, i più importanti sostenitori dell'azienda, è l'ultimo di una serie di eventi che suggeriscono che D-Wave pensa di essere pronta a rispondere finalmente alle sue critiche. Nel maggio 2011, l'azienda pubblicato un articolo sulla prestigiosa rivista Natura che gli accademici critici hanno affermato di essere stati i primi a dimostrare che i chip di D-Wave hanno alcune delle proprietà quantistiche necessarie per sostenere le affermazioni di Rose. I ricercatori di intelligenza artificiale di Google accedono regolarmente a un computer D-Wave su Internet per provarlo e il 2011 ha visto anche l'azienda firmare il suo primo cliente. L'appaltatore della difesa Lockheed Martin ha pagato $ 10 milioni per un computer per la ricerca sul rilevamento automatico di bug del software in progetti complessi come il caccia F-35 ritardato (vedi Tapping Quantum Effects for Software that Learns). Rimangono domande su come funziona la sua tecnologia, ma D-Wave afferma che sono in arrivo ulteriori prove. Sta preparando un processore migliorato che Rose chiama il primo vero prodotto dell'azienda piuttosto che un pezzo di attrezzatura di ricerca. D-Wave dovrebbe annunciare altri importanti clienti nei prossimi mesi.
Punto freddo
Entra nella suite per ufficio al piano terra di D-Wave e sarai accolto da blande sale riunioni, uffici e cubicoli. Ma apri la porta giusta dal corridoio principale ed emergi in uno spazio di laboratorio bianco luminoso dominato da quattro monoliti neri: i computer di D-Wave. Approssimativamente a forma di cubo e alti circa 10 piedi, emettono un suono ritmico e acuto mentre i gas super raffreddati circolano all'interno. Ognuna delle macchine ha una porta sul lato ed è per lo più vuota, con quella che sembra una pistola a raggi che scende dal soffitto, una pila ampiamente distanziata di cinque dischi metallici di dimensioni decrescenti tenuti insieme da cavi, montanti e tubi placcati in oro e rame. In realtà è una pistola fredda: la struttura è un freddo -452 ° F (4 ° Kelvin) all'estremità larga e pochi millesimi di grado sopra lo zero assoluto alla sua punta, dove si trova il chip quadrato di D-Wave . Nemmeno le zone più profonde dello spazio sono così fredde, o così schermate dai campi magnetici come questo chip, che è inciso in uno stabilimento nella Silicon Valley da una lega di niobio che diventa superconduttore a temperature ultrabasse.
Il processore in ogni computer che hai utilizzato è realizzato in silicio e modellato con transistor che creano porte logiche, interruttori che possono essere accesi (rappresentati da un 1 nella programmazione del computer) o spenti (uno 0). Anche i processori di D-Wave sono costituiti da elementi che commutano tra 1 e 0, ma sono loop di lega di niobio: ce ne sono 512 nel processore più recente. Questi circuiti sono noti come qubit e possono intrappolare la corrente elettrica, che circola all'interno dei circuiti in senso orario (indicato da uno 0) o in senso antiorario (1). Anelli superconduttori più piccoli chiamati accoppiatori collegano i qubit in modo che possano interagire e persino influenzarsi a vicenda per capovolgersi tra 1 e 0.
Questa delicata configurazione è progettata in modo che il layout dei qubit sia conforme a un algoritmo che risolve un particolare tipo di problema di ottimizzazione al centro di molti compiti difficili da risolvere su un processore convenzionale. È come una macchina specializzata in una fabbrica in grado di fare davvero bene una cosa, su un particolare tipo di materia prima. L'esecuzione di un calcolo sul chip di D-Wave richiede di fornire quella materia prima, sotto forma di numeri da inserire nel suo algoritmo hard-coded. Viene fatto impostando i qubit in uno schema di 1 e 0 e mettendo a punto il modo in cui gli accoppiatori consentono ai qubit di interagire. Dopo un'attesa inferiore a un secondo, i qubit si assestano su nuovi valori che rappresentano uno stato di energia inferiore per il processore e rivelano una potenziale soluzione al problema originale.
Ciò che accade durante quell'attesa cruciale è una sorta di argomento di meccanica quantistica. I qubit entrano in uno strano stato quantico in cui sono simultaneamente sia 1 che 0, come se il gatto di Schrodinger fosse sia vivo che morto, e si bloccano in una strana sincronicità nota come entanglement, un fenomeno una volta descritto da Einstein come spettrale. Ciò consente al sistema di qubit di esplorare ogni possibile configurazione finale in un istante, prima di stabilirsi su quella più semplice o molto vicina ad essa.
Almeno, questo è quello che dicono gli scienziati di D-Wave. Rimangono molte domande su ciò che effettivamente accade all'interno dei chip dell'azienda, non da ultimo nelle teste dei fisici, degli ingegneri e degli informatici dell'azienda. Stiamo costruendo questo sistema in modo empirico, non solo seguendo la teoria, afferma Jeremy Hilton, il vicepresidente di D-Wave che guida lo sviluppo del suo processore. Lui e gli altri ingegneri dell'azienda non sanno con certezza cosa sta succedendo nel chip, ma finché ogni progetto genera risposte ai problemi posti, i dettagli più fini della fisica quantistica che si svolgono all'interno possono attendere la convalida retrospettiva.
È un atteggiamento che sembra aver giocato bene con gli investitori, ma continua a bruciare gli accademici. A livello ingegneristico hanno messo insieme una configurazione che è impressionante in vari modi, afferma Scott Aaronson, un professore del MIT che studia i limiti del calcolo quantistico. Ma in termini di prove che stanno risolvendo i problemi usando la meccanica quantistica più velocemente di quanto potresti fare in modo classico, non penso che sia ancora lì. Un feroce critico di D-Wave negli anni successivi alla sua demo del 2007, Aaronson ha ammorbidito la sua posizione l'anno scorso dopo la società Natura carta che mostra gli effetti quantistici. In passato c'era un enorme divario tra le affermazioni di marketing e dove si trovava la scienza e questo è sceso, ma c'è ancora un divario, dice Aaronson, che ha visitato i laboratori dell'azienda a febbraio. L'onere della prova è su di loro e non hanno ancora affrontato l'onere.
La più grande lamentela di Aaronson è che il design del sistema D-Wave potrebbe plausibilmente risolvere problemi senza effetti quantistici, nel qual caso sarebbe semplicemente un computer convenzionale molto strano. Lui e altri critici affermano che l'azienda deve ancora dimostrare due cose: che i suoi qubit possono davvero entrare in sovrapposizioni e rimanere impigliati, e che il chip offre una significativa velocità quantistica rispetto a un computer classico che lavora sullo stesso problema. Finora la società ha presentato la prova di nessuno dei due in un forum sottoposto a revisione paritaria.
Rose afferma che D-Wave sta lavorando per provare le prove di entanglement e che recenti test testa a testa contro computer classici hanno mostrato che sta andando avanti nel tipo di problema informatico che è progettato per risolvere.
Aaronson afferma anche che il modo in cui il processore di D-Wave è codificato per un particolare tipo di problema inibirà la gamma di problemi che potrebbe risolvere. Inoltre, il numero relativamente piccolo di qubit sul processore oggi significa che può gestire solo stringhe di dati minuscole. L'uso di trucchi matematici per tradurre un problema nella forma giusta per affrontare tali limitazioni e invertire il processo una volta che il chip di D-Wave ha dato la sua risposta, potrebbe causare rallentamenti significativi, afferma Aaronson. Rose ribatte che un processore quantistico sarà abbastanza veloce da superare tali penalità e afferma di avere ingegneri che lavorano su modi per tradurre automaticamente il normale codice di programmazione in ciò di cui ha bisogno un chip D-Wave.
Che D-Wave possa soddisfare o meno Aaronson e altri scettici non è necessariamente importante per gli investitori e le società tecnologiche. Questo perché in così tante aree di business, la potenza di calcolo è fondamentale per mantenere un vantaggio competitivo, afferma Steve Jurvetson , un partner della società di venture capital Draper Fisher Jurvetson, che ha investito due volte in D-Wave e la definisce la più singolare tecnologia swing-for-the-fence che abbia mai finanziato. Lo spazio di applicazione per questo, dice, è ovunque abbiamo dovuto ricorrere a un'euristica - una regola pratica - per risolvere un problema: commercianti giornalieri, modelli molecolari, chiunque sia nell'e-commerce e Google e Microsoft del mondo. Aziende come Lockheed, Amazon e le grandi aziende farmaceutiche hanno più familiarità con i limiti dei computer convenzionali e saranno le prime in linea, afferma Jurvetson, ma anche la progettazione di una nuova auto o di un nuovo negozio online potrebbe trarne vantaggio.
Le aziende e le agenzie governative hanno un'altra motivazione, forse più urgente, per rischiare su una startup che ha un'idea accattivante ma alcune questioni in sospeso. Ci sono buone ragioni per credere che la crescita esponenziale della potenza di calcolo osservata negli ultimi decenni stia finendo, afferma Bob Lucas, che dirige la ricerca sul supercalcolo e sull'informatica quantistica presso la University of Southern California, dove è installato il computer D-Wave di Lockheed. Molti dei progressi regolari nella potenza di calcolo provengono da connessioni su chip che si riducono anno dopo anno, ma con il principale produttore di chip Intel che attualmente sta lavorando per realizzarli a soli 14 nanometri di diametro, non ci sono cose molto più piccole che possano ottenere. Viviamo negli ultimi 10 anni di crescita esponenziale della potenza di calcolo [classica] e le alternative a questa diventeranno più interessanti, afferma Lucas. Aggiunge che attraverso i suoi esperimenti sul sistema D-Wave di Lockheed è stato convertito da altamente scettico a cautamente ottimista riguardo alla tecnologia.