Sundar Pichai, CEO di Google, sul raggiungimento della supremazia quantistica

Fotografia di Sundar Pichai in piedi accanto a un computer quantistico su Google Google per la revisione della tecnologia del MIT

In un carta oggi in Natura , e un post sul blog aziendale , i ricercatori di Google affermano di aver raggiunto per la prima volta la supremazia quantistica. Il loro computer quantistico a 53 bit, chiamato Sycamore, ha impiegato 200 secondi per eseguire un calcolo che, secondo Google, avrebbe impiegato 10.000 anni per il supercomputer più veloce del mondo. (Una bozza del documento è trapelata online il mese scorso.)

Il calcolo non ha quasi alcuna utilità pratica: sputa una stringa di numeri casuali. È stato scelto solo per dimostrare che Sycamore può davvero funzionare come dovrebbe fare un computer quantistico. Le macchine quantistiche utili sono a molti anni di distanza, gli ostacoli tecnici sono enormi e anche allora probabilmente batteranno i computer classici solo in determinati compiti. (Vedi Ecco cosa significa e cosa non significa la supremazia quantistica per l'informatica.)

Tuttavia, è una pietra miliare importante, quella che Sundar Pichai, CEO di Google, paragona al primo volo di 12 secondi dei fratelli Wright. Gli ho parlato per capire perché Google ha già speso 13 anni in un progetto che potrebbe richiedere un altro decennio o più per dare i suoi frutti.

L'intervista è stata condensata e modificata per chiarezza. (Inoltre, è stato registrato prima che IBM pubblicasse un documento in cui contestava la pretesa di supremazia quantistica di Google.)

MIT TR: Hai un computer quantistico per eseguire un compito molto ristretto e specifico. Cosa servirà per arrivare a una dimostrazione più ampia della supremazia quantistica?

Sundar Pichai: Dovresti costruire un computer quantistico tollerante ai guasti con più qubit in modo da poterlo generalizzare meglio, eseguirlo per periodi di tempo più lunghi e quindi essere in grado di eseguire algoritmi più complessi. Ma sai, se in qualsiasi campo hai una svolta, inizi da qualche parte. Per prendere in prestito un'analogia: i fratelli Wright. Il primo aereo ha volato solo per 12 secondi, quindi non c'è un'applicazione pratica di questo. Ma ha mostrato la possibilità che un aereo potesse volare.

Diverse aziende hanno computer quantistici. IBM, ad esempio, ne ha molti online che le persone possono utilizzare nel cloud. Perché le loro macchine non possono fare ciò che ha fatto Google?

La cosa principale su cui vorrei commentare è perché Google, il team, è stato in grado di farlo. Ci vuole molta ingegneria dei sistemi: la capacità di lavorare su tutti i livelli dello stack. Questo è tanto complicato quanto diventa dal punto di vista dell'ingegneria dei sistemi. Stai letteralmente iniziando con un wafer e c'è una squadra che sta letteralmente incidendo i cancelli, creando i cancelli e quindi [elaborando] strati della pila fino a poter utilizzare l'IA per simulare e comprendere il miglior risultato.

L'ultima frase dell'articolo afferma che siamo solo a un algoritmo creativo di distanza dalle preziose applicazioni a breve termine. Qualche ipotesi su cosa potrebbero essere?

La vera eccitazione per il quantistico è che l'universo funziona fondamentalmente in modo quantistico, quindi sarai in grado di capire meglio la natura. Siamo all'inizio, ma dove la meccanica quantistica brilla è la capacità di simulare molecole, processi molecolari e penso che è lì che sarà il più forte. La scoperta di droghe è un ottimo esempio. O fertilizzanti: il processo Haber produce il 2% delle [emissioni] di carbonio nel mondo [ vedi Nota 1 ]. In natura lo stesso processo viene eseguito in modo più efficiente.

Nota 1: Il processo Haber

• Il Processo Haber-Bosch , che produce ammoniaca per fertilizzanti combinando l'azoto dell'aria con l'idrogeno del gas naturale e del vapore, produce circa l'1,44% delle emissioni globali di anidride carbonica e poco più dell'1% delle emissioni totali di gas serra.

Quindi, quanto pensi possa essere lontana un'applicazione come il miglioramento del processo Haber?

Penserei a un decennio di distanza. Mancano ancora pochi anni all'ampliamento e alla costruzione di computer quantistici che funzionino abbastanza bene. Altre potenziali applicazioni [potrebbero includere] la progettazione di batterie migliori. Comunque, hai a che fare con la chimica. Cercare di capirlo meglio è dove metterei i miei soldi.

Anche le persone che si prendono cura di loro dicono che i computer quantistici potrebbero essere come la fusione nucleare: proprio dietro l'angolo per i prossimi 50 anni. Sembra quasi un progetto di ricerca esoterico. Perché il CEO di Google è così entusiasta di questo?

Google non sarebbe qui oggi se non fosse per l'evoluzione che abbiamo visto nell'informatica nel corso degli anni. La legge di Moore ci ha permesso di aumentare la nostra capacità di calcolo per servire miliardi di utenti su molti prodotti su larga scala. Quindi, in fondo, ci consideriamo un'azienda di informatica profonda. La legge di Moore è, a seconda di come la pensi, alla fine del suo ciclo. L'informatica quantistica è una delle tante componenti con cui continueremo a fare progressi nell'informatica.

L'altro motivo per cui siamo eccitati è: prendi una semplice molecola. La caffeina ha 243 stati o qualcosa del genere [ in realtà 1048—vedi Nota 2 ]. Sappiamo che non possiamo nemmeno comprendere la struttura di base delle molecole oggi con l'informatica classica. Quindi, quando guardo al cambiamento climatico, quando guardo ai farmaci, questo è il motivo per cui sono fiducioso che un giorno il calcolo quantistico guiderà il progresso in questo campo.

Nota 2: Caffeina

• Caffeina, con 24 atomi, può esistere in 10⁴⁸stati quantistici distinti, cioè, configurazioni di quegli atomi. Ciò significa che per un computer classico per rappresentare perfettamente la caffeina, ne richiederebbe 10⁴⁸bit: vicino al numero di atomi nell'intera Terra (10⁴⁹o 10^cinquanta). Un chip di memoria da 1 gigabyte ne ha circa 10¹⁰bit.

  
  
  

A profilo di te in Fast Company ti ha descritto come un senso di premonizione quando hai visto un'intelligenza artificiale imparare a identificare le immagini dei gatti da sola, nel 2012. [Questa cosa sarebbe aumentata e forse avrebbe rivelato il modo in cui funziona l'universo, si dice che Pichai abbia detto. Questa sarà la cosa più importante su cui lavoreremo come umanità.] L'informatica quantistica sembra importante?

Assolutamente. Essere in grado di essere in laboratorio e effettivamente manipolare fisicamente il qubit e poterlo mettere in uno stato di sovrapposizione è stato un momento altrettanto profondo per me perché, al mio punto iniziale, è così che funziona la natura. Apre una gamma completamente nuova di possibilità che non esisteva fino ad oggi.

Potrebbe volerci molto tempo per arrivare a sistemi quantistici che possono fare qualcosa di serio. Come gestisci la pazienza in un'azienda abituata a progressi molto rapidi?

Sai, stavo trascorrendo del tempo con Hartmut [Neven], che guida il team quantistico insieme a John Martinis, il capo scienziato dell'hardware. E ho detto che ho abbandonato il mio dottorato in scienze dei materiali e le persone intorno a me stavano lavorando su superconduttori ad alta temperatura. Questo è stato 26 anni fa, ed ero seduto in laboratorio e ho detto, Wow, ci vorrà molta pazienza per andare avanti. E mi sentivo come se non avessi proprio quel tipo di pazienza. Ho un profondo rispetto per le persone della squadra che hanno intrapreso questo viaggio per molto tempo. Ma praticamente tutte le scoperte fondamentali funzionano in questo modo e hai bisogno di quel tipo di visione a lungo termine per costruirla.

Il motivo per cui sono entusiasta di un traguardo come questo è che, sebbene le cose richiedano molto tempo, sono queste pietre miliari che guidano i progressi sul campo. Quando Deep Blue ha battuto Garry Kasparov, era il 1997. Avanti veloce fino a quando AlphaGo ha battuto [Lee Sedol nel 2016]: puoi guardarlo e dire: Wow, è un sacco di tempo. Ma ogni traguardo premia le persone che ci stanno lavorando e attira un'intera nuova generazione sul campo. È così che l'umanità fa progressi.

E al mio precedente punto di ingegneria dei sistemi: stiamo spingendo su molti livelli dello stack. Quindi stiamo guidando un progresso che sarà utilizzato in molti, molti modi diversi. Ad esempio, la costruzione dei nostri data center è ciò che ci ha permesso di costruire qualcosa come TPU [unità di elaborazione tensoriale, chip specializzati per il framework di apprendimento profondo di Google, TensorFlow], che rende i nostri algoritmi più veloci. Quindi è un circolo virtuoso. Una delle grandi cose del lavorare sui colpi di luna è che anche i tuoi fallimenti lungo il lato valgono qualcosa, e anche le pietre miliari provvisorie hanno altre applicazioni. Quindi sì, hai ragione, dobbiamo essere pazienti. Ma c'è molta vera gratificazione lungo la strada.

Quanto stai investendo nell'informatica quantistica in questo momento?

È una squadra relativamente piccola. Ma si basa su tutti gli investimenti che abbiamo fatto in molti anni a vari livelli di Google. Si basa sugli anni di ricerca dell'azienda e sul lavoro applicato che abbiamo svolto su di essa.

Puoi parlare della differenza di approccio tra Google e IBM? Per prima cosa, IBM ha un sacco di macchine quantistiche che mette nel cloud affinché le persone possano programmarle, mentre lo stai facendo come un progetto di ricerca interno [ vedi Nota 3 ].

Nota 3: IBM sulla supremazia quantistica

• Il 21 ottobre, i ricercatori IBM hanno pubblicato un documento in cui contestava l'affermazione di Google di aver raggiunto la supremazia quantistica. Hanno sostenuto che, utilizzando una forma modificata della tecnica di Google, dovrebbe essere possibile simulare il calcolo di Sycamore su un sistema classico in soli due giorni e mezzo invece di 10.000 anni. Un portavoce di Google afferma: 'Accogliamo con favore proposte per far avanzare le tecniche di simulazione, anche se è fondamentale testarle su un vero supercomputer, come abbiamo fatto noi'. Ha anche notato che, poiché la complessità dei computer quantistici aumenta in modo esponenziale, l'aggiunta di pochi qubit in più metterebbe definitivamente il compito fuori dai limiti di una macchina classica.

È fantastico che IBM lo fornisca come struttura cloud e attiri altri sviluppatori. Penso che come squadra ci siamo concentrati sull'assicurarci di dimostrare a noi stessi e alla comunità che puoi superare questo importante traguardo della supremazia quantistica.

IBM afferma anche che il termine supremazia quantistica è fuorviante, perché implica che i computer quantistici alla fine faranno tutto meglio dei computer classici, quando in realtà probabilmente dovranno sempre lavorare insieme su diversi bit di un problema. Ti stanno accusando di esagerare.

La mia risposta al riguardo sarebbe che si tratta di un termine tecnico dell'art. Le persone nella comunità capiscono esattamente cosa significa la pietra miliare.

Ma la tesi è che il pubblico potrebbe vederlo come un segno che i computer quantistici hanno ora sconfitto i computer classici.

Voglio dire, non è diverso da quando tutti celebriamo l'IA. Ci sono persone che lo confondono con l'intelligenza artificiale generale. Ecco perché penso che sia importante che pubblichiamo. È importante che le persone che spiegano queste cose aiutino il pubblico a capire dove siamo, quanto è presto e come applicherai sempre l'informatica classica alla maggior parte dei problemi di cui hai bisogno nel mondo. Questo sarà ancora vero in futuro.

L'intelligenza artificiale genera affari per Google a moltissimi livelli. È in servizi come Traduci e Cerca. Fornisci strumenti di intelligenza artificiale alle persone attraverso il tuo cloud. Fornisci un framework AI, TensorFlow, che consente alle persone di creare i propri strumenti. E fornisci chip specializzati [i TPU menzionati sopra] che le persone possono quindi utilizzare per eseguire i loro strumenti. Pensi che l'informatica quantistica alla fine sarà così pervasiva per Google?

Assolutamente sì. E se fai un passo indietro, abbiamo investito nell'IA e sviluppato l'IA prima di sapere che avrebbe funzionato per noi su tutti i livelli dello stack.

In fondo, su tutte le applicazioni pratiche di cui hai parlato: non utilizziamo la tecnologia AI solo per noi stessi; lo forniamo ai clienti in tutto il mondo. Ci preoccupiamo di democratizzare l'accesso all'IA. Lo stesso sarebbe vero anche per l'informatica quantistica.

Cosa pensi che l'informatica quantistica possa significare per l'IA stessa? Potrebbe aiutarci a sbloccare la barriera all'intelligenza artificiale generale, ad esempio, se si combinano l'informatica quantistica e l'IA?

Penso che sarà una cosa simbiotica molto potente. Entrambi i campi sono nelle prime fasi. C'è un lavoro entusiasmante nell'IA in termini di costruzione di modelli più grandi, modelli più generalizzabili e che tipo di risorse di calcolo sono necessarie per arrivarci. Penso che l'IA possa accelerare l'informatica quantistica e l'informatica quantistica possa accelerare l'IA. E collettivamente, penso che sia ciò di cui avremmo bisogno, su tutta la linea, per risolvere alcuni dei problemi più intrattabili che dobbiamo affrontare, come il cambiamento climatico.

Hai menzionato la democratizzazione della tecnologia. Google è incappato in alcune controversie etiche sull'IA: chi dovrebbe avere accesso a questi strumenti e come dovrebbero essere utilizzati. Cosa hai imparato dalla gestione di questi problemi e in che modo ha influenzato il tuo pensiero sulla tecnologia quantistica, che è molto prima del suo sviluppo?

Pubblicare e coinvolgere la comunità accademica in queste fasi è molto importante. Lavoriamo sodo per impegnarci. Abbiamo pubblicato il nostro principi di intelligenza artificiale completi . Se prendi un'area come il pregiudizio dell'IA, penso che abbiamo pubblicato oltre 75 articoli di ricerca negli ultimi anni. Quindi, codificare la nostra etica e impegnarci in modo proattivo.

Penso che ci siano aree in cui la regolamentazione può avere senso. Vogliamo partecipare in modo costruttivo e aiutare a ottenere le normative giuste. E infine, c'è un processo di coinvolgimento esterno e di feedback. Queste sono tutte tecnologie che avranno un impatto sulla società. Non c'è nessuna azienda in grado di capire quale sia la cosa giusta. Non c'è un proiettile d'argento, ma questo è abbastanza presto che, nei prossimi 10 anni, dovremo impegnarci e lavorare insieme su tutto questo.

Non c'è un po' di contraddizione tra, da un lato, dire che non svilupperai l'IA per determinati scopi [secondo i principi dell'IA] e, dall'altro, creare una piattaforma che consente alle persone di utilizzare l'IA per qualsiasi cosa scopo che vogliono?

La sicurezza dell'IA è uno dei nostri principi etici più importanti. Vuoi costruire e testare sistemi per la sicurezza. Questo è inerente al nostro sviluppo. Se sei preoccupato che i sistemi quantistici rompano la crittografia nel tempo, vuoi sviluppare migliori tecnologie di crittografia quantistica. Quando abbiamo creato la ricerca, abbiamo dovuto risolvere lo spam.

La posta in gioco è chiaramente più alta con queste tecnologie, ma parte di essa è l'approccio tecnico che si adotta e parte di essa, nel tempo, è la governance globale e gli accordi etici. Dovresti arrivare a strutture globali che portino ai risultati che desideriamo. Ci impegniamo a fare il possibile per aiutare a sviluppare [la tecnologia], non solo in modo responsabile, ma per utilizzarla per salvaguardare la sicurezza, la democrazia, ecc. E lo faremmo insieme alle istituzioni.

C'è qualche altra tecnologia di cui sei davvero entusiasta in questo momento?

Per me, proprio come persona, modi radicalmente migliori per generare energia pulita e rinnovabile hanno molto potenziale. Ma sono entusiasta delle combinazioni di tutto questo e di come lo applichiamo praticamente. Nel settore sanitario, penso che siamo sull'orlo di scoperte nel prossimo decennio, che saranno profonde. Ma direi anche che l'IA stessa: la prossima generazione di scoperte dell'IA, nuovi algoritmi, modelli generalizzabili migliori, apprendimento di trasferimento, ecc., sono tutti ugualmente eccitanti per me.

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