Google je pravkar naredil kvantni skok v računalništvu. Google je z najsodobnejšim kvantnim računalnikom, imenovanim Sycamore, zatrdil "kvantno nadvlado" nad najmočnejšimi superračunalniki na svetu z reševanjem težave, ki se zdi običajnim strojem praktično nemogoča.
Kvantni računalnik je kompleksno računanje opravil v 200 sekundah. Takšen izračun bi potreboval tudi najzmogljivejše superračunalnike, ki so približno 10.000 let do konca, je zapisala skupina raziskovalcev pod vodstvom Johna Martinisa, eksperimentalnega fizika na kalifornijski univerzi Santa Barbara v svoji študiji, objavljeni v sredo (23. oktobra) v časopis Narava.
"Verjetno se bo čas klasične simulacije, ki je trenutno ocenjen na 10.000 let, zmanjšal z izboljšano klasično strojno opremo in algoritmi," je v izjavi zapisal Brooks Foxen, študent raziskovalec v Martinisovem laboratoriju. "Ker pa smo trenutno 1,5 trilijona krat hitrejši, se počutimo udobno, če želimo uveljaviti ta dosežek," je dodal in omenil premoč kvantnih računalnikov.
Kvantni računalniki izkoristijo čudaško fiziko kvantne mehanike za reševanje problemov, ki bi jih bilo težko rešiti za klasične, polprevodniške računalnike, če ne celo nemogoče.
Izračun, ki ga je Google izbral za osvojitev, je kvantni ekvivalent ustvarjanja zelo dolgega seznama naključnih števil in preverjanja njihovih vrednosti milijonkrat. Rezultat je rešitev, ki ni posebej uporabna zunaj sveta kvantne mehanike, vendar ima velike posledice za procesno moč naprave.
Moč negotovosti
Navadni računalniki izvajajo izračune s pomočjo "bitov" informacij, ki lahko, tako kot stikala za vklop in izklop, obstajajo v samo dveh stanjih: bodisi 1 bodisi 0. Kvantni računalniki uporabljajo kvantne bite ali "qubits", ki lahko obstajajo kot 1 in 0 hkrati. To bizarno posledico kvantne mehanike imenujemo stanje superpozicije in je ključ do prednosti kvantnega računalnika pred klasičnimi računalniki.
Na primer, par bitov lahko kadar koli shrani samo eno od štirih možnih kombinacij stanj (00, 01, 10 ali 11). Par qubits lahko shrani vse štiri kombinacije hkrati, ker vsak qubit hkrati predstavlja obe vrednosti (0 in 1). Če dodate več kubic, moč računalnika narašča eksponentno. Trije qubits shrani osem kombinacij, štiri qubits shranijo 16 in tako naprej. Googlov novi računalnik s 53 kubiki lahko shrani 253 vrednosti ali več kot 10.000.000.000.000.000 (10 kvadratnih milijard) kombinacij. To število postane še bolj impresivno, ko v predstavo vstopi še ena temeljna in enako bizarna lastnost kvantne mehanike: zapletena stanja.
V pojavu, ki ga Albert Einstein opisuje kot "grozovito delovanje na daljavo", se lahko delci, ki so v nekem trenutku vpleteni, zapletejo. To pomeni, da vam merjenje stanja enega delca omogoča istočasno poznavanje stanja drugega, ne glede na razdaljo med delci. Če se kvabi kvantnega računalnika zapletejo, jih je mogoče vse meriti hkrati.
Googlov kvantni računalnik je sestavljen iz mikroskopskih tokokrogov iz superprevodne kovine, ki zapletejo 53 kubil v zapletenem stanju superpozicije. Zapleteni kubiti ustvarijo naključno število med ničlo in 253, vendar se zaradi kvantne interference nekatere naključne številke pokažejo več kot druge. Ko računalnik te naključne številke meri na milijone krat, se pojavi vzorec njihove neenakomerne porazdelitve.
"V klasičnih računalnikih je veliko težje izračunati izid teh operacij, saj zahteva izračun verjetnosti, da se nahaja v katerem koli od 253 možnih stanj, kjer 53 izhaja iz števila kitov - eksponentno skaliranje je zato ljudi zanima kvantno računalništvo za začetek, "je dejal Foxen.
Izkoristivši čudne lastnosti kvantnega zapletanja in superpozicije, je Martinisov laboratorij izdelal ta vzorec distribucije s čipom Sycamore v 200 sekundah.
Na papirju je enostavno pokazati, zakaj bi kvantni računalnik lahko prekašal tradicionalne računalnike. Dokazovanje naloge v resničnem svetu je druga zgodba. Medtem ko klasični računalniki lahko v svoje procesorje zberejo več milijonov operacijskih bitov, se kvantni računalniki borijo za merjenje števila qubitov, s katerimi lahko delujejo. Zapleteni qubits se po krajšem obdobju ne razpletejo in so dovzetni za hrup in napake.
Čeprav je ta Googlov dosežek zagotovo podvig v svetu kvantnega računalništva, je področje še vedno v povojih, praktični kvantni računalniki pa ostajajo daleč na obzorju, so povedali raziskovalci.
- Fotografije: Velike številke, ki definirajo vesolje
- 9 številk, ki so hladnejše od pi
- 8 načinov, kako si lahko ogledate Einsteinovo teorijo relativnosti v resničnem življenju
