Najwyższy kwantowy kriostat Google z wewnątrz komputerem kwantowym Sycamore.
(Zdjęcie: © Erik Lucero / Google)
Właśnie weszliśmy w wiek supremacja kwantowa, sugerują nowe badania.
Po raz pierwszy komputer kwantowy rozwiązał problem, którego tradycyjny komputer, ze wszystkich praktycznych celów, nie jest w stanie rozwiązać, badacze zgłosili dziś (23 października) w czasopismo Nature.
„Obliczenia, które zajęłyby 10 000 lat dla klasycznego superkomputera, zajęły 200 sekund na naszym komputerze kwantowym” - współautor badania Brooks Foxen, absolwent fizyki w Google AI Quantum w Mountain View i University of California, Santa Barbara, powiedział w oświadczeniu.
„Jest prawdopodobne, że klasyczny czas symulacji, obecnie szacowany na 10 000 lat, zostanie skrócony dzięki ulepszonemu klasycznemu sprzętowi i algorytmom, ale ponieważ jesteśmy obecnie 1,5 biliona razy szybsi, nie możemy się doczekać, aby osiągnąć to osiągnięcie” - dodał Foxen.
Komputery kwantowe przechowują informacje za pomocą cząstek subatomowych, które zachowują się według zupełnie innych zasad niż te rządzące naszym światem makro. Na przykład cząstki kwantowe mogą istnieć w „superpozycji” dwóch różnych stanów w tym samym czasie, a cząstki mogą być oddzielone latami świetlnymi, ale nadal są „uwikłany, „wpływających na właściwości nawzajem.
Ta dziwność jest kluczem do niewiarygodnej potencjalnej mocy obliczenia kwantowe. Z powodu zjawiska superpozycji komputery kwantowe mogą przechowywać i przetwarzać o wiele więcej informacji na jednostkę objętości niż tradycyjne komputery, które kodują informacje w sposób binarny przy użyciu zer i jedynek. (Nawiasem mówiąc, podstawowa jednostka informacji w systemie obliczeń kwantowych jest znana jako kubit, co jest skrótem od „bitu kwantowego”).
Nowe badanie daje nam przedsmak tej mocy. Zespół badawczy, kierowany przez Franka Arute z Google AI Quantum, użył komputera kwantowego o nazwie Sycamore, który zawierał 53 funkcjonalne kubity (plus taki, który nie działał poprawnie).
Naukowcy uwikłali te 53 kubity w złożony stan superpozycji, a następnie kazali Jaworowi wykonać zadanie podobne do generowania liczb losowych. Wyniki porównano następnie z symulacjami przeprowadzonymi na superkomputerze Summit w Oak Ridge National Laboratory w Tennessee.
„Summit jest obecnie wiodącym na świecie superkomputerem, zdolnym do wykonywania około 200 milionów miliardów operacji na sekundę” - napisał William Oliver, fizyk z Massachusetts Institute of Technology towarzyszący utworowi „Wiadomości i widoki” w tym samym wydaniu Nature.
„Składa się z około 40 000 jednostek procesorów, z których każda zawiera miliardy tranzystorów (przełączniki elektroniczne) i ma 250 milionów gigabajtów pamięci. Około 99% zasobów Summit zostało wykorzystanych do wykonania klasycznego próbkowania” - dodał Oliver, który nie był zaangażowany w nowym badaniu.
Jak zauważył Foxen, Sycamore zakończyło się w około 3,5 minuty, a prace na szczycie sugerowały, że nawet najmocniejszy tradycyjny superkomputer będzie musiał przeżuwać ten problem przez około 10 000 lat.
„Ta demonstracja supremacji kwantowej w stosunku do wiodących klasycznych algorytmów na najszybszych superkomputerach na świecie jest naprawdę niezwykłym osiągnięciem i kamieniem milowym w dziedzinie obliczeń kwantowych” - dodał Oliver. „Eksperymentalnie sugeruje, że komputery kwantowe reprezentują model obliczeniowy, który jest zasadniczo różny od modelu klasycznego. Ponadto zwalcza także krytykę dotyczącą sterowalności i żywotności obliczeń kwantowych w niezwykle dużej przestrzeni obliczeniowej (zawierającej co najmniej 253 zastosowane tutaj stany ). ”
(Nie wszyscy są jednak zgodni, że nowy artykuł rzeczywiście zgłasza „supremację”. Na przykład badacze z IBM twierdzą, że zadanie wykonane przez Sycamore jest w zasięgu klasycznego komputera. Twierdzimy, że idealna symulacja tego samego zadania może zostanie wykonany na klasycznym systemie w 2,5 dnia i ze znacznie większą wiernością ”, napisali trzej naukowcy IBM w poście na blogu 21 października.„ Jest to w rzeczywistości konserwatywne, najgorsze oszacowanie, i oczekujemy, że po dodatkowych udoskonaleniach klasyczny koszt symulacji można dodatkowo zmniejszyć. ”)
Oliver podkreślił jednak również, że nadal trzeba wykonać wiele pracy, aby komputery kwantowe mogły stać się ważną częścią naszego codziennego życia. Na przykład, jak napisał, badacze będą musieli opracować nowe algorytmy, które będą mogły współpracować z podatnymi na błędy procesorami kwantowymi, które będą dostępne w najbliższej przyszłości. Aby technologia stała się komercyjnie opłacalna na dłuższą metę, naukowcy będą musieli opracować solidne protokoły korygujące błędy kwantowe.
- Fizycy odwracają czas dla drobnych cząstek wewnątrz komputera kwantowego
- Dane niemożliwe do zhakowania: po raz pierwszy, bezpieczna komunikacja kwantowa jest testowana za pomocą mikrosatelity
- Nowy superkomputer obejmie kontynenty, wyprzedzając najszybszy na świecie
Notka redaktora: Ta historia została zaktualizowana 24 października, aby uwzględnić przemyślenia naukowców IBM, którzy nie sądzą, by nowe badanie wykazało supremację kwantową.
Książka Mike'a Walla o poszukiwaniu życia obcego ”Tam„(Grand Central Publishing, 2018; ilustrowany przez Karl Tate), jest już dostępny. Śledź go na Twitterze @michaeldwall. Śledź nas na Twitterze @Spacedotcom lub Facebook.
