The promise of quantum computers | Matt Langione

Transcriber:

Fordító: Peter Pallos Lektor: Reka Lorinczy

Mik lesznek a 21. század legnagyobb kihívásai?

Egyesek ma azt hiszik, hogy az éghajlatváltozás,

What will the biggest challenges of the 21st century turn out to be?

a közegészségügy, az egyenlőtlenség, de valójában nem tudjuk.

De azt tudjuk,

Today, one might guess climate change, public health, inequality,

hogy a szuperszámítógépek szerephez jutnak a megoldásban.

but the truth is we don't yet know.

A nagy teljesítményű számítógépekbe vetett bizalom

What we do know

a legsürgetőbb ügyek esetében

is that supercomputing will have to be part of the solution.

közel száz éve egyre nő:

a náci kódok feltörésétől

For nearly a hundred years,

az emberi genom szekvenálásáig.

our reliance on high-performance computers

in the face of our most urgent challenges

A számítógép-processzorok úgy fejlődtek,

has grown and grown,

hogy kielégítsék a kimagasló és összetett igényeket:

from cracking Nazi codes to sequencing the human genome.

Computer processors have risen to meet increasingly critical and complex demands

évről évre kisebbek, gyorsabbak és jobbak, mintha varázsütésre történt volna.

De az a bökkenő,

by getting smaller, faster and better year after year,

hogy bár a számítógépekre

egyre jobban támaszkodunk,

as if by magic.

a számítási teljesítmény növekedése megtorpan.

But there's a problem.

At the very moment that our reliance on computers is growing faster than ever,

A varázslat kimerülni látszik.

Nem is lehetne rosszabb az időzítés.

progress in compute power

Ritkán beszélünk róla, de megdöbbentően sok dolgot

is coming to a standstill.

The magic is just about spent.

a számítógépek még mindig képtelenek megtenni.

The timing couldn't be worse.

We rarely talk about it, but for all that we've accomplished with computers,

Ez az üzleti életnek és a társadalomnak nagy költséget okoz.

there remain a startling number of things that computers still can't do,

Pl. a szinte azonnali számítógépes gyógyszertervezés álma

csaknem 50 évvel az első próbálkozás után még nem valósult meg,

at a great cost to business and society.

The dream of near-instant computational drug design, for instance,

Ez sosem volt egyértelműbb, mint most,

amikor a COVID-19 elleni védőoltásra várva

has yet to come to fruition, nearly 50 years after it was first conceived.

az elszigeteltség és a bénultság állapotában él a világ.

Never has that been clearer than now,

De a gyógyszerkutatás csak egy terület,

as the world sits in a state of isolation and paralysis,

as we await a vaccine for COVID-19.

ahol még a leggyorsabb szuperszámítógépek alkalmatlansága is

But drug discovery is just one area in which researchers are beset --

akadályozza a kutatókat,

ami nagy korlátokat állít fel az éghajlatváltozás,

and in some cases, blocked entirely --

by the inadequacy of even today's fastest supercomputers,

valamint az értékteremtés terén, pl. a pénzügyekben és a logisztikában.

putting great constraints in areas like climate change,

A múltban az egyre jobb

és gyorsabb szupergépekben bízhattunk,

and in value creation in areas like finance and logistics.

mivel az alkatrészeik évről évre kisebbek lettek,

In the past,

de azok az idők elmúltak.

we could rely on supercomputers simply getting better and faster,

Egyelőre a kemény fizikai korláttal küzdünk.

as parts got smaller and smaller every year,

A tranzisztorok már annyira aprók,

hogy megközelítik az atom méretét.

but no longer.

For now, we're drawing up against a hard physical limit.

A helyzet felveti a kérdést,

Transistors have become so minuscule

és évek óta arra buzdítom az üzleti vezetőket

that they're fast approaching the size of an atom.

és a politikai döntéshozókat, hogy foglalkozzanak vele:

Such a state of affairs invites a natural follow-up question,

Ha nem a hagyományos szuperszámítógépek,

and it's one that I've spent the last several years

akkor milyen technológia fog felvértezni minket

encouraging business leaders and policy makers to address:

a 21. századi kihívásokkal szemben?

If not traditional supercomputers,

Lépjünk be a kvantumszámításba!

what technology will emerge

A hasonló kvantumszámítógépek azt ígérik,

to arm us against the challenges of the 21st century?

azáltal győzik le az atomi korlátokat,

hogy olyan szubatomi fizikai tulajdonságokat aknáznak ki,

Enter quantum computing.

Quantum computers like this one

amelyeket száz éve még nem is ismertünk.

promise to address the atomic limitation

Hogyan működik?

A kvantumszámítás lehetővé teszi

by exploiting subatomic physical properties

a klasszikus félvezetők két fő megkötésétől való eltérést.

that weren't even known to man a hundred years ago.

A klasszikus számítógépek determinisztikusan működnek:

How does it work?

Quantum computing enables a departure from two major constraints

minden igen vagy nem, be vagy ki, köztes állapot nem lehetséges.

of classical semiconductor computing.

Sorosan működnek: egyszerre csak egy dolgot tehetnek.

Classical computers operate deterministically:

everything is either yes or no, on or off, with no in between.

A kvantumgépek valószínűségi elven működnek, és ami a legfontosabb,

They also operate serially; they can only do one thing at a time.

egyidejűleg működnek, három tulajdonságnak:

Quantum computers operate probabilistically, and most importantly,

a szuperpozíciónak, összefonódásnak és interferenciának köszönhetően,

they operate simultaneously, thanks to three properties --

hogy egyszerre sok lehetőséget dolgozzanak fel.

Szemléltetésül képzeljük el, hogy a gép labirintust próbál megoldani.

superposition, entanglement and interference --

which allow them to explore many possibilities at once.

A klasszikus számítógép sorjában

To illustrate how this works, imagine a computer is trying to solve a maze.

minden lehetséges útvonalat kipróbál.

Ha az első úton lezárással találkozik,

kizárja a megoldások közül,

The classical computer would do so by exhausting every potential pathway

visszatér kiinduló helyzetébe,

a következő logikai úttal próbálkozik, s í. t.,

in a sequence.

If it came across a roadblock on the first path,

amíg meg nem találja a megoldást.

it would simply rule that out as a solution,

A kvantumgép minden útvonalat egyszerre tud tesztelni,

revert to its original position

and try the next logical path,

and so on and so forth until it found the right solution.

gyakorlatilag egyetlen próbálkozással

megoldja a labirintust.

A quantum computer could test every single pathway

at the same time,

Sok összetett feladatnak

in effect, solving the maze in only a single try.

útvesztőszerű jellege van,

különösen a szimulációs és optimalizálási feladatoknak;

As it happens,

egy részük kvantumszámítógéppel

many complex problems are characterized by this mazelike quality,

hatványozottan gyorsabban megoldható.

especially simulation and optimization problems,

De az ún. kvantumgyorsítás tényleg értékes?

some of which can be solved exponentially faster

with a quantum computer.

Ahhoz, hogy elhiggyük, gyorsabb szuperszámítógépek kellenek,

But is there really value to this so-called quantum speedup?

először el kell hinnünk, hogy gondjaink valóban számítási jellegűek.

In order to believe that we need faster supercomputers,

Kiderült, hogy sok esetben azok, legalábbis részben.

we need to first believe that our problems are indeed computational in nature.

Vegyük pl. a műtrágyagyártást,

az éghajlatváltozás-tudomány egyik jellegzetes kérdését.

It turns out that many are, at least in part.

Ma a műtrágyát főleg úgy gyártják,

For an example, let’s turn to fertilizer production,

hogy a nitrogént és hidrogént ammóniává egyesítik.

one of the hallmark problems in the science of climate change.

Az a hatóanyaga.

The way most fertilizer is produced today

De a folyamat súlyos költségekkel jár:

is by fusing nitrogen and hydrogen to make ammonia,

a gyárak évente

100-300 milliárd dollárt költenek rá.

which is the active ingredient.

The process works,

A környezetet is terheli:

but only at a severe, a severe cost

évente a világ földgázának 3-5%-át

to businesses, who spend 100 to 300 billion every year,

műtrágyagyártásra fordítják.

and to the environment:

three to five percent of the world's natural gas

Miért nem sikerült hatékonyabb eljárást kidolgozniuk a tudósoknak?

is expended on fertilizer synthesis

Ehhez szimulálniuk kell

every single year.

So why have scientists failed to develop a more efficient process?

azokat útvesztőszerű molekuláris kölcsönhatásokat,

amelyek a kulcskatalizátor, a nitrogenáz elektrosztatikus mezőjét alkotják.

The reason is that in order to do so,

they would need to simulate the mazelike molecular interactions

A tudósok ma már ismerik a módját,

that make up the electrostatic field of the key catalyst, nitrogenase.

de ez a leggyorsabb szuperszámítógépnek is 800 000 évig tartana,

Scientists actually know how to do that today,

viszont kiváló kvantumszámítógéppel

but it would take 800,000 years on the world's fastest supercomputer.

kevesebb, mint 24 óráig.

Vagy nézzük a gyógyszerkutatást,

amelyet a COVID-19 most először

With a full-scale quantum computer,

állított a figyelem középpontjába.

less than 24 hours.

For another example, let's return to drug discovery,

A COVID-19-hez hasonló fertőző betegségek elleni védőoltás megtervezése

a process COVID-19 has brought into sharp focus for most of us

a betegség kiváltóinak azonosításától

for the very first time.

Designing a vaccine for an infectious disease like COVID-19,

több millió aktiváló- és gátlójelölt kiszűréséig olyan folyamat,

amely gyógyszerenként általában legalább 10 évig tart,

from identifying the drivers of the disease,

to screening millions of candidate activators and inhibitors,

és 90%-uk nem jut túl a klinikai vizsgálatokon.

is a process that typically takes 10 or more years per drug,

A gyógyszergyárak költsége jóváhagyott gyógyszerenként

két-hárommilliárd dollár.

90 percent of which fail to pass clinical trials.

De a késések és kudarcok társadalmi költsége sokkal magasabb.

The cost to pharmaceutical companies is two to three billion dollars

Évente több mint nyolcmillióan halnak meg fertőző betegségekben.

per approved drug.

But the social costs of delays and failures are much, much higher.

15-ször ennyien haltak meg

a koronavírus-járvány első fél évében.

More than eight million people die every year of infectious diseases.

Miért nem váltotta be az elvárásokat a számítógépes gyógyszertervezés?

That's 15 times as many people as died during the first six months

Részben a korlátozott számítási források miatt.

of the coronavirus pandemic.

So why has computational drug design failed to live up to expectations?

A kór útvonala a szervezetben zárhoz hasonló.

Again, it's a matter of limited computational resources, at least in part.

A gyógyszer megtervezéséhez hatalmas kémiai térben,

If identifying a disease pathway in the body is like a lock,

molekulaszerkezetek útvesztőjében kell kutatni,

designing a drug requires searching through a massive chemical space,

hogy a kellő vegyületet,

a zárba illő kulcsot megtaláljuk.

effectively a maze of molecular structures,

Az a bökkenő, hogy a gyógyszertervezés számára

to find the right compound,

to find a key, in other words, that fits the lock.

a kémiai tér teljes kiterjedésének nyomon követése

The problem is that tracing the entire relevant span of chemical space

és kereshető adatbázissá alakítása

and converting it into a searchable database for drug design

a világ leggyorsabb szuperszámítógépén az 5x10 a 36. hatványon évbe telne.

would take 5 trillion trillion, trillion, trillion years

Kvantumgépen alig egy órába telik.

De a kvantumszámítás nem csak a laborban diadalmaskodott.

on the world's fastest supercomputer.

A haladást és az iparágakat ma különálló,

On a quantum computer, a little more than a half hour.

But quantum computing is not just about triumphs in the lab.

de megoldhatatlan számítási korlátok gátolják,

The flow of progress and industries of all kinds is currently blocked

amelyek az üzleti életre és a társadalomra is hatnak.

Valószínűtlennek tűnő példaként nézzük a bankokat.

by discreet, but intractable computational constraints

Mi lenne, ha a bankok szabadabban hitelezhetnének

that have a real impact on business and society.

magánszemélyeknek, vállalkozóknak és cégeknek?

For what may seem an unlikely example, let's turn to banks.

Ma az egyik legfontosabb akadály,

What if banks were able to lend more freely

hogy eszközeik 10-15%-át a bankok készpénzben tartalékolják,

to individuals, entrepreneurs and businesses?

részben, mert kockázati szimulációiknak számítási korlátai vannak.

One of the key holdups today

is that banks keep 10 to 15 percent of assets in cash reserves,

Képtelenek számolni globális vagy teljes piaci kockázatokkal,

in part, because their risk simulations are compute constrained.

amelyek ritkák, de súlyosak és kiszámíthatatlanok.

Pl. a fekete hattyú eseményekkel.

They can’t account for global or whole-market risks that are rare

10-15% az egész sok pénz.

but severe and unpredictable.

A készpénztartalék minden egyszázalékos csökkenése

Black swan events, for example.

Now, 10 to 15 percent is a whole lot of money.

további billió dollárnyi befektethető tőkét jelent.

When you consider that for every one-percent reduction in cash reserves,

Ez azt jelenti, hogy ha a bankok kellően megbarátkoznak

a kvantumalapú kockázati szimulációkkal ahhoz,

it would lead to an extra trillion dollars of investible capital.

hogy a készpénztartalékokat az eszközök 5-10%-ára csökkentsék,

What this means is that if banks ultimately became comfortable enough

a hatás COVID-19-szintű ösztönzést jelentene

with quantum-powered risk simulations

minden évben

to reduce cash reserves to, say, five to 10 percent of assets,

egyének és cégek számára.

the effect would be like a COVID-19-level stimulus

Amint a kvantumszámítás átalakító ereje világossá válik,

for individuals and businesses

a kérdés az lesz: Meddig kell még várnunk?

every single year.

Once the transformative power of quantum computing is clear,

A kutatók óvatosak, amikor rákérdeznek a kvantumelőny ütemezésére.

the question then becomes: Well, how long must we wait?

Jogosan – számos akadályt kell leküzdeni: nemcsak mérnöki feladatokat,

Researchers are cautious when asked about the timeline to quantum advantage.

hanem alapvető tudományos nehézségeket is,

Rightly so -- there remain a number of critical hurdles to overcome,

melyek a kvantummechanika természetével kapcsolatosak.

and not just engineering challenges,

Így hát 1–3 évtizedbe telhet,

but fundamental scientific questions about the nature of quantum mechanics.

mire a kvantumgépek teljesen kifejlődnek.

Pár vezető, akikkel tárgyaltam, arra a következtetésre jutott,

As a result, it may be one, two, even three decades

hogy ráérnek várni,

before quantum computers fully mature.

és elhalasztani a befektetést.

Azt hiszem, ez súlyos tévedés,

Some executives that I've spoken with have come to the conclusion on this basis

mert egyes technológiák folyamatosan javulnak

that they can afford to wait,

halmozott ok-okozati összefüggés törvénye szerint

that they can afford to postpone investing.

I believe this to be a real mistake,

sokan hirtelen áttörésként jelentkeznek, szinte egyik napról a másikra,

for while some technologies develop steadily,

dacolva az előre kiszámítható várakozásokkal.

according to the laws of cumulative causation,

A kvantumszámítástechnika épp ilyen áttörés jelöltje,

many emerge as precipitous breakthroughs,

almost overnight defying any timeline that could be drawn out in advance.

mivel már évtizedekkel a tervezett időpont előtt

elérte a kritikus pontot.

Quantum computing is a candidate for just such a breakthrough,

A 80-as évek végén sok kutató úgy vélte,

having already reached a number of critical milestones

a kvantumszámítás alapvető építőkövét,

decades ahead of schedule.

a qubitet

több száz évbe telik megépíteni.

In the late 80s, for example,

many researchers thought that the basic building block of quantum computing,

10 év múlva sikerült.

Az IBM-nek közel 500 qubitje van 29 gépen,

the qubit,

would take a hundred years to build.

amelyek ügyfeleknek és kutatásra állnak rendelkezésre.

Ten years later, it arrived.

Now IBM has nearly 500 qubits across 29 machines,

Ez azt jelenti, hogy kevésbé kell amiatt idegeskednünk,

hogy a kvantumgépek túl későn érkeznek,

available for client use and research.

inkább amiatt, hogy túl hamar,

What this means is that we should worry less

még mielőtt a kellő előkészületeket megtennénk.

about quantum computers arriving too late

Az egyik Nobel-díjas fizikust idézem:

and more about them arriving too soon,

„A kvantumgépek jobban különböznek a jelenlegi számítógépektől,

before the necessary preparations have been made.

For to quote one Nobel prize winning physicist,

mint a jelenlegi számítógépek

az abakusztól.”

"Quantum computers are more different from current computers

Időbe telik a szükséges munkafolyamat-integrációk elvégzése.

than current computers are

Időbe fog telni a megfelelő tehetségek felvétele.

from the abacus."

A legfontosabb, hogy időbe telik –

It'll take time to make the necessary workflow integrations.

a jövőképen és a képzeleten kívül –,

It'll take time to onboard the right talent.

hogy feltárják a nagy értékű feladatokat,

Most importantly,

it'll take time, not to mention vision and imagination,

amelyekkel a kvantumgépek megbirkózhatnak a vállalkozások érdekében.

Az államok már most is jelentős összegeket fektetnek be a kvantumtechnológiákba:

to identify and scope high-value problems

15 milliárd dollárt Kínában, Európában és az USA-ban.

for quantum computers to tackle for your business.

Governments are already investing heavily in quantum technologies --

A kockázati tőke követi a példát.

De most az innováció felgyorsításához üzleti befektetésekre van szükség

15 billion dollars among China, Europe and the US.

a használat fejlesztésébe,

And VCs are following suit.

a tehetségek bevonására

But what's needed now to accelerate innovation

és a mai valódi kvantumgépekkel való kísérletezésre.

is business investment in developing use cases,

Világunkban az innovációs igényeket

in onboarding talent

nem lehet halogatni.

and on experimenting with real quantum computers

A vezetőknek most kell cselekedniük,

that are available today.

mert a processzorok felgyorsítása, amely közel 70 évig vezette az innovációt,

In a world such as ours,

the demands of innovation can't be put off for another day.

hamarosan véget ér.

Leaders must act now,

Már folyik a verseny a varázslatért és a számítástechnika új korszakáért.

for the processor speedups that have driven innovation for nearly 70 years

Nem engedhetjük meg magunknak, hogy veszítsünk.

are set to stop dead in their tracks.

The race toward a new age of magic and supercomputing is already underway.

A kvantumgépek az első rajthelyen állnak.

Ők a győzelemre esélyes autók.

It's one we can't afford to lose.

Köszönöm.

Quantum computers are in pole position. They're the car to beat.

Thank you.