Dyrektor generalny Google Sundar Pichai o osiągnięciu supremacji kwantowej

Zdjęcie Sundara Pichaia stojącego obok komputera kwantowego w Google

Zdjęcie Sundara Pichaia stojącego obok komputera kwantowego w Google Przegląd technologii Google dla MIT





W papier dzisiaj w Naturze , oraz wpis na blogu firmowym , badacze Google twierdzą, że po raz pierwszy osiągnęli supremację kwantową. Ich 53-bitowy komputer kwantowy o nazwie Sycamore potrzebował 200 sekund na wykonanie obliczeń, które według Google zajęłyby najszybszemu superkomputerowi na świecie 10 000 lat. (W zeszłym miesiącu w sieci pojawił się projekt gazety.)

Obliczenie nie ma prawie żadnego praktycznego zastosowania — wypluwa ciąg liczb losowych. Został wybrany tylko po to, by pokazać, że Sycamore rzeczywiście może działać tak, jak powinien działać komputer kwantowy. Przydatne maszyny kwantowe są oddalone o wiele lat, przeszkody techniczne są ogromne, a nawet wtedy prawdopodobnie pokonają klasyczne komputery tylko w niektórych zadaniach. (Zobacz, co oznacza supremacja kwantowa – a czego nie – dla obliczeń .)

Mimo to jest to ważny kamień milowy — taki, który Sundar Pichai, dyrektor generalny Google, porównuje do 12-sekundowego pierwszego lotu braci Wright. Rozmawiałem z nim, aby zrozumieć, dlaczego Google spędził już 13 lat nad projektem, który może potrwać kolejną dekadę lub więcej, aby się opłacił.



Wywiad został skondensowany i zredagowany dla jasności. (Ponadto zostało to zarejestrowane, zanim IBM opublikował artykuł kwestionujący twierdzenie Google o supremacji kwantowej).

MIT TR: Masz komputer kwantowy do wykonania bardzo wąskiego, konkretnego zadania. Czego potrzeba, aby uzyskać szerszą demonstrację supremacji kwantowej?

Sundar Pichai: Musiałbyś zbudować odporny na błędy komputer kwantowy z większą liczbą kubitów, aby móc go lepiej uogólniać, wykonywać przez dłuższy czas, a tym samym móc uruchamiać bardziej złożone algorytmy. Ale wiesz, jeśli w jakiejś dziedzinie masz przełom, to gdzieś zaczynasz. Pożyczmy analogię — bracia Wright. Pierwszy samolot leciał tylko przez 12 sekund, więc nie ma praktycznego zastosowania tego. Ale pokazało, że samolot może latać.

Wiele firm posiada komputery kwantowe. Na przykład IBM ma kilka z nich online, z których ludzie mogą korzystać w chmurze. Dlaczego ich maszyny nie mogą robić tego, co zrobił Google?

Najważniejszą rzeczą, którą chciałbym skomentować, jest to, dlaczego zespół Google był w stanie to zrobić. Wymaga to dużo inżynierii systemów — możliwości pracy na wszystkich warstwach stosu. Jest to tak skomplikowane, jak to się robi z perspektywy inżynierii systemów. Dosłownie zaczynasz od opłatka, a istnieje zespół, który dosłownie wytrawia bramy, tworzy je, a następnie [pracuje] warstwy stosu, aż do wykorzystania sztucznej inteligencji do symulacji i zrozumienia najlepszego wyniku.



Ostatnie zdanie artykułu mówi, że dzieli nas tylko jeden kreatywny algorytm od wartościowych zastosowań krótkoterminowych. Jakieś domysły, co to może być?

Prawdziwym podekscytowaniem związanym z kwantami jest to, że wszechświat zasadniczo działa w sposób kwantowy, dzięki czemu będziesz w stanie lepiej zrozumieć naturę. To dopiero początek, ale mechanika kwantowa błyszczy, to zdolność do symulowania molekuł, procesów molekularnych i myślę, że tam będzie najsilniejsza. Doskonałym przykładem jest odkrycie leków. Albo nawozy – proces Habera wytwarza 2% węgla [emisji] na świecie [ patrz Uwaga 1 ]. W naturze ten sam proces przebiega sprawniej.

Uwaga 1: Proces Habera

  • ten Proces Habera-Boscha , który wytwarza amoniak do nawozów poprzez łączenie azotu z powietrza z wodorem z gazu ziemnego i pary, wytwarza około 1,44% globalnej emisji dwutlenku węgla i nieco ponad 1% całkowitej emisji gazów cieplarnianych.

Jak myślisz, jak daleko może być aplikacja, taka jak ulepszanie procesu Habera?

Myślę, że za dziesięć lat. Jeszcze kilka lat dzieli nas od zwiększenia skali i zbudowania komputerów kwantowych, które będą działały wystarczająco dobrze. Inne potencjalne zastosowania [mogą obejmować] projektowanie lepszych akumulatorów. W każdym razie masz do czynienia z chemią. Próbuję zrozumieć, że lepiej to miejsce, w którym postawiłbym swoje pieniądze.



Nawet ludzie, którym się na nich troszczą, twierdzą, że komputery kwantowe mogą być jak fuzja jądrowa: tuż za rogiem przez następne 50 lat. Wydaje się, że jest to niemal ezoteryczny projekt badawczy. Dlaczego dyrektor generalny Google jest tym tak podekscytowany?

Google nie byłoby tutaj dzisiaj, gdyby nie ewolucja, którą widzieliśmy w informatyce na przestrzeni lat. Prawo Moore'a pozwoliło nam zwiększyć naszą zdolność obliczeniową do obsługi miliardów użytkowników w wielu produktach na dużą skalę. Tak więc w głębi duszy postrzegamy siebie jako głęboką firmę informatyczną. Prawo Moore'a znajduje się, w zależności od tego, jak o tym myślisz, na końcu swojego cyklu. Obliczenia kwantowe to jeden z wielu elementów, dzięki którym będziemy robić postępy w informatyce.

Innym powodem, dla którego jesteśmy podekscytowani, jest – weź prostą cząsteczkę. Kofeina ma 243 stany lub coś takiego [ faktycznie 1048 – patrz przypis 2 ]. Wiemy, że nie możemy dziś nawet zrozumieć podstawowej struktury molekuł za pomocą klasycznego informatyki. Więc kiedy patrzę na zmiany klimatyczne, kiedy patrzę na leki, to właśnie dlatego jestem przekonany, że pewnego dnia komputery kwantowe będą napędzać tam postęp.

Uwaga 2: Kofeina

  • Kofeina o 24 atomach, może istnieć w 1048odrębne stany kwantowe, tj. konfiguracje tych atomów. Oznacza to, że aby klasyczny komputer doskonale reprezentował kofeinę, wymagałby 1048bity — zbliżone do liczby atomów w całej Ziemi (1049lub 10pięćdziesiąt). 1-gigabajtowy układ pamięci ma około 1010bity.

DO Twój profil w Fast Company opisał cię jako odczuwającego przeczucie, kiedy zobaczyłeś sztuczną inteligencję uczącą się samodzielnie identyfikować zdjęcia kotów w 2012 roku. To będzie najważniejsza rzecz, nad którą pracujemy jako ludzkość.] Czy obliczenia kwantowe są równie ważne?

Absolutnie. Możliwość przebywania w laboratorium i faktycznego fizycznego manipulowania kubitem oraz możliwość ustawienia go w stanie superpozycji była dla mnie równie ważnym momentem, ponieważ, jak wcześniej wspomniałem, tak działa natura. Otwiera całą gamę nowych możliwości, które do tej pory nie istniały.

Dotarcie do systemów kwantowych, które mogą zrobić coś poważnego, może zająć bardzo dużo czasu. Jak radzisz sobie z cierpliwością w firmie przyzwyczajonej do bardzo szybkiego postępu?

Wiesz, spędzałem czas z Hartmutem [Nevenem], który kieruje zespołem kwantowym wraz z Johnem Martinisem, głównym naukowcem zajmującym się sprzętem. Wspomniałem, że rzuciłem doktorat z materiałoznawstwa, a ludzie wokół mnie pracowali nad nadprzewodnikami wysokotemperaturowymi. To było 26 lat temu, siedziałem w laboratorium i pomyślałem: „Wow, to będzie wymagało dużo cierpliwości, aby przejść przez to. I czułem, że nie mam takiej cierpliwości. Mam głęboki szacunek dla ludzi w zespole, którzy od dawna są w tej podróży. Ale prawie wszystkie fundamentalne przełomy działają w ten sposób, a do jej zbudowania potrzebna jest tego rodzaju długoterminowa wizja.

Powodem, dla którego jestem podekscytowany takim kamieniem milowym, jest to, że chociaż sprawy zajmują dużo czasu, to właśnie te kamienie milowe napędzają postęp w terenie. Kiedy Deep Blue pokonał Garry'ego Kasparova, był rok 1997. Przewińmy do momentu, w którym AlphaGo pokonał [Lee Sedol w 2016] – możesz na to spojrzeć i powiedzieć: „Wow, to dużo czasu”. Ale każdy kamień milowy nagradza ludzi, którzy nad nim pracują i przyciąga do pracy całe nowe pokolenie. W ten sposób ludzkość robi postęp.

A do mojego wcześniejszego punktu inżynierii systemów — naciskamy na wiele warstw stosu. Dlatego napędzamy postęp, który będzie wykorzystywany na wiele, wiele różnych sposobów. Na przykład to, że budujemy własne centra danych, pozwoliło nam zbudować coś w rodzaju TPU [jednostki przetwarzania tensorów, wyspecjalizowane chipy dla struktury głębokiego uczenia Google, TensorFlow], co przyspiesza działanie naszych algorytmów. Jest to więc cykl cnotliwy. Jedną ze wspaniałych rzeczy w pracy nad moonshotami jest to, że nawet twoje niepowodzenia z boku są coś warte, a nawet tymczasowe kamienie milowe mają inne zastosowania. Więc tak, masz rację, musimy być cierpliwi. Ale po drodze jest wiele prawdziwej satysfakcji.

Ile obecnie inwestujesz w obliczenia kwantowe?

To stosunkowo mały zespół. Ale opiera się na wszystkich inwestycjach, które poczyniliśmy przez wiele lat w różnych warstwach Google. Opiera się na wieloletnich badaniach firmy i pracy, którą wykonaliśmy.

Czy możesz opowiedzieć o różnicy w podejściu między Google a IBM? Po pierwsze, IBM ma kilka maszyn kwantowych, które umieszcza w chmurze, aby ludzie mogli je programować, podczas gdy robisz to jako wewnętrzny projekt badawczy [ patrz Uwaga 3 ].

Uwaga 3: IBM o supremacji kwantowej

  • 21 października badacze IBM opublikowali artykuł kwestionujący twierdzenie Google o osiągnięciu supremacji kwantowej. Argumentowali, że przy użyciu zmodyfikowanej formy techniki Google powinno być możliwe symulowanie obliczeń Sycamore w klasycznym systemie w ciągu zaledwie dwóch i pół dnia zamiast 10 000 lat. Rzecznik Google mówi: „Z zadowoleniem przyjmujemy propozycje udoskonalenia technik symulacji, chociaż kluczowe jest przetestowanie ich na rzeczywistym superkomputerze, tak jak my”. Zauważył również, że skoro złożoność komputerów kwantowych rośnie wykładniczo, dodanie tylko kilku kubitów sprawiłoby, że zadanie definitywnie przekroczyłoby granice klasycznej maszyny.

Wspaniale, że IBM udostępnia go jako obiekt w chmurze i przyciąga innych programistów. Myślę, że jako zespół skupiliśmy się na upewnieniu się, że udowodnimy sobie i społeczności, że możesz przekroczyć ten ważny kamień milowy supremacji kwantowej.

IBM twierdzi również, że termin supremacja kwantowa jest mylący, ponieważ oznacza, że ​​komputery kwantowe w końcu zrobią wszystko lepiej niż komputery klasyczne, podczas gdy w rzeczywistości prawdopodobnie zawsze będą musiały współpracować nad różnymi częściami problemu. Oskarżają cię, że przesadzasz z tym.

Moja odpowiedź brzmi: jest to techniczny termin sztuki. Ludzie w społeczności dokładnie rozumieją, co oznacza kamień milowy.

Ale spór polega na tym, że opinia publiczna może postrzegać to jako znak, że komputery kwantowe pokonały teraz komputery klasyczne.

To znaczy, nie różni się to od sytuacji, gdy wszyscy celebrujemy sztuczną inteligencję. Są ludzie, którzy utożsamiają to z ogólną sztuczną inteligencją. Dlatego uważam, że ważne jest, abyśmy publikowali. Ważne jest, aby ludzie, którzy wyjaśniają te rzeczy, pomogli społeczeństwu zrozumieć, gdzie jesteśmy, jak wcześnie jest i jak zawsze będziesz stosować klasyczne obliczenia do większości problemów, których potrzebujesz na świecie. Tak będzie w przyszłości.

AI generuje biznes dla Google na bardzo wielu poziomach. Jest w usługach takich jak Tłumacz i Wyszukiwarka. Dostarczasz narzędzia AI ludziom za pośrednictwem swojej chmury. Dostarczasz framework AI, TensorFlow, który pozwala ludziom budować własne narzędzia. I dostarczasz wyspecjalizowane chipy [wspomniane powyżej TPU], których ludzie mogą używać do uruchamiania swoich narzędzi. Czy myślisz, że obliczenia kwantowe są w końcu tak wszechobecne dla Google?

Absolutnie. A jeśli się cofniesz, zainwestowaliśmy w sztuczną inteligencję i opracowaliśmy sztuczną inteligencję, zanim zorientowaliśmy się, że będzie działać na wszystkich poziomach stosu.

W dalszej części, we wszystkich praktycznych zastosowaniach, o których mówiłeś — nie używamy technologii sztucznej inteligencji tylko dla siebie; dostarczamy go klientom na całym świecie. Zależy nam na demokratyzacji dostępu AI. To samo dotyczyłoby komputerów kwantowych.

Jak myślisz, co może oznaczać przetwarzanie kwantowe dla samej sztucznej inteligencji? Czy może nam pomóc odblokować barierę dla sztucznej inteligencji ogólnej, na przykład, jeśli połączysz obliczenia kwantowe i sztuczną inteligencję?

Myślę, że będzie to bardzo potężna symbiotyczna rzecz. Oba pola są we wczesnych fazach. W AI toczy się ekscytująca praca w zakresie budowania większych modeli, modeli bardziej uogólnionych i tego, jakich zasobów obliczeniowych potrzebujesz, aby się tam dostać. Myślę, że sztuczna inteligencja może przyspieszyć obliczenia kwantowe, a obliczenia kwantowe mogą przyspieszyć sztuczną inteligencję. I ogólnie uważam, że tego właśnie potrzebowalibyśmy, aby rozwiązać niektóre z najbardziej nierozwiązywalnych problemów, z jakimi się borykamy, takich jak zmiana klimatu.

Wspomniałeś o demokratyzacji technologii. Google napotkało pewne kontrowersje etyczne dotyczące sztucznej inteligencji — kto powinien mieć dostęp do tych narzędzi i jak należy z nich korzystać. Czego nauczyłeś się podczas rozwiązywania tych problemów i jak wpływa to na twoje myślenie o technologii kwantowej, która jest znacznie wcześniej w jej rozwoju?

Publikowanie i kontaktowanie się ze społecznością akademicką na tych etapach jest bardzo ważne. Ciężko pracujemy, aby się zaangażować. Opublikowaliśmy nasze kompleksowe zasady AI . Jeśli weźmiesz pod uwagę obszar taki jak stronniczość AI, myślę, że w ciągu ostatnich kilku lat opublikowaliśmy ponad 75 artykułów naukowych. Tak więc, kodyfikując naszą etykę i proaktywnie angażując się.

Myślę, że są obszary, w których regulacja może mieć sens. Chcemy konstruktywnie uczestniczyć i pomagać w uzyskaniu odpowiednich przepisów. I wreszcie, istnieje proces angażowania się na zewnątrz i uzyskiwania informacji zwrotnej. To wszystko technologie, które wpłyną na społeczeństwo. Nie ma jednej firmy, która potrafiłaby ustalić, co jest właściwe. Nie ma srebrnej kuli, ale jest na tyle wcześnie, że w ciągu następnych 10 lat musimy zaangażować się i wspólnie nad tym wszystkim pracować.

Czy nie ma jakiejś sprzeczności między z jednej strony twierdzeniem, że nie będziesz rozwijać AI do pewnych celów [zgodnie z zasadami AI], a z drugiej strony stworzeniem platformy, która umożliwia ludziom korzystanie z AI do wszystkiego celu, którego chcą?

Bezpieczeństwo AI jest jedną z naszych najważniejszych zasad etycznych. Chcesz budować i testować systemy pod kątem bezpieczeństwa. To jest nieodłączne od naszego rozwoju. Jeśli martwisz się, że systemy kwantowe mogą z czasem łamać kryptografię, chcesz opracować lepsze technologie szyfrowania kwantowego. Kiedy tworzyliśmy wyszukiwanie, musieliśmy rozwiązać problem spamu.

Stawka jest wyraźnie wyższa w przypadku tych technologii, ale częścią tego jest podejście techniczne, które przyjmujesz, a częścią tego, z biegiem czasu, jest globalne zarządzanie i porozumienia etyczne. Musiałbyś dojść do globalnych ram, które przyniosą pożądane rezultaty. Zobowiązujemy się zrobić wszystko, co w naszej mocy, aby pomóc w rozwoju [technologii], nie tylko w sposób odpowiedzialny, ale także w celu zapewnienia bezpieczeństwa, demokracji itp. I zrobilibyśmy to wspólnie z instytucjami.

Czy jest jakaś inna technologia, którą również jesteś teraz podekscytowany?

Dla mnie, jako osoby, radykalnie lepsze sposoby wytwarzania czystej energii odnawialnej mają duży potencjał. Ale jestem bardzo podekscytowany kombinacjami tego wszystkiego i tym, jak to praktycznie stosujemy. Myślę, że w opiece zdrowotnej jesteśmy na skraju przełomu w ciągu najbliższej dekady, co będzie głębokie. Ale powiedziałbym też, że sama sztuczna inteligencja — następna generacja przełomów w sztucznej inteligencji, nowe algorytmy, lepsze modele uogólniające, uczenie transferu itp. są dla mnie równie ekscytujące.

ukryć