Googlov kvantni vrhovni kriostat, znotraj katerega je kvantni računalnik Sycamore.
(Slika: © Erik Lucero / Google)
Pravkar smo vstopili v starost kvantna nadvlada, kaže nova študija.
Raziskovalci so danes (23. oktober) prvič rešili problem kvantnega računalnika, ki ga tradicionalni računalnik za vse praktične namene ne zmore. časopis Narava.
"Izračun, ki bi na klasičnem superračunalniku trajal 10.000 let, je na našem kvantnem računalniku trajal 200 sekund," je soavtor študije Brooks Foxen, študent raziskovanja fizike pri Googlu AI Quantum v Mountain Viewu in kalifornijski univerzi v Santa Barbari, je dejal v izjavi.
"Verjetno se bo čas klasične simulacije, ki ga trenutno ocenjujemo na 10.000 let, zmanjšal z izboljšano klasično strojno opremo in algoritmi, vendar, ker smo trenutno 1,5 trilijona krat hitrejši, se počutimo ugodno, če trdimo za ta dosežek," je dodal Foxen.
Kvantni računalniki hranijo informacije z uporabo subatomskih delcev, ki se obnašajo po zelo drugačnih pravilih kot tista, ki urejajo naš makro svet. Na primer, kvantni delci lahko obstajajo v "superpoziciji" dveh različnih stanj hkrati, delce pa lahko ločimo s svetlobnimi leti, vendar še vedno obstajajo. "zapleten, "ki vplivajo na lastnosti drugih.
Ta čudnost je ključna za neverjetno potencialno moč kvantno računanje. Zaradi pojava superpozicije lahko kvantni računalniki shranijo in manipulirajo z veliko več informacijami na enoto prostornine kot običajni računalniki, ki kodirajo informacije na binarni način z uporabo 0 in 1. (Osnovna enota informacij v kvantno-računalniškem sistemu je, mimogrede, znana kot qubit, kar je kratko za "kvantni bit.")
Nova raziskava nam daje občutek te moči. Raziskovalna skupina, ki jo je vodil Frank Arute iz Googla AI Quantum, je uporabila kvantni računalnik imenovan Sycamore, ki je imel 53 funkcionalnih qubitov (plus enega, ki ni deloval pravilno).
Znanstveniki so teh 53 kitov zavili v zapleteno stanje superpozicije, nato pa je Sycamore opravil nalogo, podobno generiranju naključnih števil. Rezultate so nato primerjali s simulacijami, ki so jih izvajali na superračunalniku Summit v nacionalnem laboratoriju Oak Ridge v Tennesseeju.
"Summit je trenutno vodilni superračunalnik na svetu, ki je sposoben izvesti približno 200 milijonov milijard operacij na sekundo," je zapisal William Oliver, fizik s tehnološkega inštituta v Massachusettsu spremna skladba "Novice in pogledi" v isti številki Nature.
"Vsebuje približno 40.000 procesorskih enot, od katerih vsaka vsebuje milijarde tranzistorjev (elektronskih stikal) in ima 250 milijonov gigabajtov prostora za shranjevanje. Približno 99% virov na vrhu je bilo uporabljenih za klasično vzorčenje," je dodal Oliver, ki ni sodeloval v novi raziskavi.
Kot je ugotovil Foxen, je Sycamore končal v približno 3,5 minutah, delo na vrhu pa je nakazovalo, da bi moral celo najmočnejši tradicionalni superračunalnik težavo žvečiti približno 10.000 let.
"Ta demonstracija kvantne prevlade nad današnjimi vodilnimi klasičnimi algoritmi na najhitrejših superračunalnikih na svetu je res izjemen dosežek in mejnik za kvantno računalništvo," je dodal Oliver. "Eksperimentalno predlaga, da kvantni računalniki predstavljajo model računanja, ki je bistveno drugačen od klasičnega računalnika. Prav tako se bori proti kritikam glede vodljivosti in sposobnosti preživetja kvantnega računanja v izjemno velikem računalniškem prostoru (ki vsebuje vsaj 253 stanj, ki se uporabljajo tukaj ). "
(Vsi se ne strinjajo, da novi dokument res poroča o "nadvladi", vendar raziskovalci iz IBM-a na primer trdijo, da je naloga, ki jo je opravil Sycamore, v dosegu klasičnega računalnika. "Trdimo, da idealna simulacija iste naloge lahko se bo izvajal po klasičnem sistemu v 2,5 dneh in z veliko večjo zvestobo, "so trije znanstveniki IBM zapisali v svojem blogu 21. oktobra." To je pravzaprav konzervativna, najslabša ocena in pričakujemo, da bomo z dodatnimi izboljšavami klasične stroške simulacije je mogoče še zmanjšati. ")
Oliver pa je tudi poudaril, da je treba opraviti še veliko dela, preden lahko kvantni računalniki postanejo pomemben del našega vsakdana. Na primer, zapisal je, raziskovalci bodo morali razviti nove algoritme, ki bodo lahko delovali s kvantnimi procesorji, nagnjeni k napakam, ki bodo na voljo v bližnji prihodnosti. Da bi tehnologija postala tržno sposobna preživeti na dolgi razdalji, bodo morali znanstveniki izdelati trdne protokole za odpravljanje kvantnih napak.
- Fiziki obratni čas za drobne delce znotraj kvantnega računalnika
- Neponovljivi podatki: Najprej se varna kvantna komunikacija preizkusi prek mikrosatelita
- Nov superračunalnik bo zajel celine, prehiteval najhitrejše na svetu
Opomba urednika: Ta zgodba je bila posodobljena 24. oktobra, tako da vključuje misli IBM-ovih znanstvenikov, ki menijo, da nova študija ne kaže kvantne premoč.
Knjiga Mikea Wall-a o iskanju nezemeljskega življenja, "Tam zunaj"(Grand Central Publishing, 2018; ilustriral Karl Tate), je zdaj zunaj. Spremljajte ga na Twitterju @michaeldwall. Spremljajte nas na Twitterju @Spacedotcom ali Facebook.
