Forklarer:USA presser på for at øge kvantecomputing

Et kapløb mellem amerikanske teknologivirksomheder om at bygge en ny generation af kraftfulde "kvantecomputere" kan få et boost på 1,3 milliarder dollar fra kongressen, delvis drevet af lovgivernes frygt for voksende konkurrence fra Kina.

Lovgivning, der blev vedtaget tidligere i september af Det amerikanske Repræsentanternes Hus, ville oprette et 10-årigt føderalt program til at fremskynde forskning og udvikling af den esoteriske teknologi. Da lovforslaget flyttes til senatet, hvor den også har topartistøtte, Det Hvide Hus viste sin begejstring for indsatsen ved at holde et kvantetopmøde mandag.

Forskere håber, at regeringens opbakning vil hjælpe med at tiltrække en bredere gruppe ingeniører og iværksættere til deres begyndende felt. Målet er at være mindre som de klostrede Manhattan Project -fysikere, der udviklede de første atombomber og mere som bølgen af ​​tinkerere og programmører, der byggede blomstrende industrier omkring den personlige computer, internet- og smartphone -apps.

HVAD ER EN KVANTUMCOMPUTER?

Det er ikke let at beskrive de indre funktioner i en kvantecomputer, selv for topforskere. Det er fordi maskinerne behandler information i omfanget af elementarpartikler som elektroner og fotoner, hvor forskellige fysiske love gælder.

"Det bliver aldrig intuitivt, "sagde Seth Lloyd, en maskiningeniør professor ved Massachusetts Institute of Technology. "På dette mikroskopiske niveau, tingene er mærkelige. En elektron kan være her og der på samme tid, to steder på én gang. "

Konventionelle computere behandler information som en strøm af bits, hver af dem kan enten være et nul eller et i det binære sprog i computing. Men kvantebits, kendt som qubits, kan registrere nul og en samtidigt.

HVAD KAN DET GØRE?

I teorien, de særlige egenskaber ved qubits ville give en kvantecomputer mulighed for at udføre beregninger ved langt højere hastigheder end nuværende supercomputere. Det gør dem til gode værktøjer til at forstå, hvad der sker inden for kemi, materialevidenskab eller partikelfysik.

Denne hastighed kan hjælpe med at opdage nye lægemidler, optimering af finansielle porteføljer og finde bedre transportruter eller forsyningskæder. Det kan også fremme et andet hurtigt voksende felt, kunstig intelligens, ved at accelerere en computers evne til at finde mønstre i store grupper af billeder og andre data.

Det, der bekymrer efterretningsbureauer mest om teknologiens potentiale - og en årsag til den øgede amerikanske interesse - er, at en kvantecomputer i flere årtier kunne være stærk nok til at bryde koderne for nutidens bedste kryptografi.

Dagens tidlige kvantecomputere, imidlertid, falder godt til på den front.

HVOR KAN DU FINDE EN?

Selvom kvantecomputere ikke rigtig eksisterer endnu i en nyttig form, du kan finde nogle støjende prototyper i et vinduesløst laboratorium cirka 40 miles nord for New York City.

Qubits fremstillet af superledende materialer sidder i køleskabe, der er koldere end det ydre rum på IBMs Thomas J. Watson Research Center. Tag det cylindriske hus af fra en af ​​maskinerne, og indersiden ligner en lysekrone af hængende guldkabler - alt sammen designet til at holde 20 skrøbelige qubits i en isoleret kvantetilstand.

"Du skal holde det meget koldt for at sikre, at kvantebitene kun vikler ind i hinanden, som du programmerer det, og ikke med resten af ​​universet, "sagde Scott Crowder, IBM's vicepræsident for kvanteberegning.

IBM konkurrerer med Google og startups som Berkeley, California-baserede Rigetti Computing får stadig flere qubits på deres chips. Microsoft, Intel og et stigende antal venture-backed startups foretager også store investeringer. Det samme er kinesiske firmaer Baidu, Alibaba og Tencent, som har tætte bånd til den kinesiske regering.

Men qubits er temperamentsfulde, og tidlige kommercielle krav dækker den igangværende kamp for at kontrollere dem, enten ved at bombardere dem med mikrobølgesignaler - som IBM og Google gør - eller med lasere.

"Det virker kun, så længe du isolerer det og ikke ser på det, "sagde Chris Monroe, en fysiker ved University of Maryland. "Det er en stor teknisk udfordring."

HVORFOR SKAL KVANTUMCOMPUTERING BEHOV FEDERAL STØTTE?

Monroe er blandt kvanteledere fra den akademiske verden og industrien, der mandag mødtes i Washington med embedsmænd fra Det Hvide Hus videnskabskontor. Nogle føderale agenturer, herunder forsvars- og energiafdelingerne allerede har mangeårig kvanteforskningsindsats, men fortalere presser på for mere koordinering mellem disse agenturer og større samarbejde med den private sektor.

"Teknologien, der ligger til grund for dette område, stammer fra nogle ret underlige ting, som vi professorer er vant til på universitetet, "sagde Monroe, som også er grundlæggeren af ​​quantum startup IonQ, som flyder individuelle atomer i et vakuumkammer og peger lasere for at kontrollere dem. Men han sagde, at virksomhedernes investeringer kan være risikable på grund af de tekniske udfordringer og den lange ventetid på en kommerciel gevinst.

"Den nødvendige infrastruktur, hardwaren, personalet, er alt for dyrt for nogen at gå i det alene, "sagde Prineha Narang, en assisterende professor ved computermaterialevidenskab ved Harvard University.

Ved at investere mere i grundlæggende opdagelse og uddannelse-som House-vedtaget National Quantum Initiative Act ville gøre-sagde Narang, at USA kunne udvide rækken af ​​forskere og ingeniører, der bygger kvantecomputere og derefter finder kommercielle applikationer til dem.

HVAD ER DE INTERNATIONALE IMPLIKATIONER?

De potentielle økonomiske fordele har vundet topartsstøtte til initiativet, som skønnes at koste omkring 1,3 milliarder dollar i de første fem år. Også at skubbe til handling på Capitol Hill er en tro på, at hvis USA ikke vedtager en samlet strategi, det kunne en dag blive overhalet af andre lande.

"Kina har offentligt erklæret et nationalt mål om at overgå USA i løbet af det næste årti, "sagde Texas republikanske rep. Lamar Smith, formand for husets videnskab, rum- og teknologiudvalg, da han opfordrede sine kolleger på salen til at støtte lovforslaget om "at bevare Amerikas dominans i den videnskabelige verden."

Smith sagde, at han forventer, at senatet vil vedtage en ledsagerregning inden årets udgang.

© 2018 Associated Press. Alle rettigheder forbeholdes.