Kvantový najvyšší kryostat spoločnosti Google so zabudovaným kvantovým počítačom Sycamore.
(Obrázok: © Erik Lucero / Google)
Práve sme vstúpili do veku kvantová nadradenosť, navrhuje nová štúdia.
Kvantový počítač prvýkrát vyriešil problém, ktorý tradičný počítač z praktických dôvodov nemôže, uviedli vedci dnes (23. októbra). časopis Nature.
„Výpočet, ktorý by na klasickom superpočítači vyžadoval 10 000 rokov, trval na našom kvantovom počítači 200 sekúnd,“ spoluautor štúdie Brooks Foxen, postgraduálny študent fyziky na Google AI Quantum v Mountain View a na Kalifornskej univerzite v Santa Barbare, uviedol vo vyhlásení.
„Je pravdepodobné, že čas klasickej simulácie, ktorý sa v súčasnosti odhaduje na 10 000 rokov, sa skráti vylepšeným klasickým hardvérom a algoritmami, ale keďže sme v súčasnosti 1,5 biliónakrát rýchlejšie, cítime sa pohodlne pri nárokovaní tohto výsledku,“ dodal Foxen.
Kvantové počítače ukladajú informácie pomocou subatomárnych častíc, ktoré sa správajú podľa veľmi odlišných pravidiel, ako sú pravidlá, ktoré riadia náš makrosvet. Napríklad kvantové častice môžu existovať v „superpozícii“ dvoch rôznych stavov súčasne a častice môžu byť oddelené svetelnými rokmi, ktoré ešte stále môžu byť „zapletený“, ovplyvňujúc vlastnosti ostatných.
Táto zvláštnosť je kľúčom k neuveriteľnej potenciálnej sile kvantové výpočty, Kvôli superpozičnému javu môžu kvantové počítače ukladať a manipulovať s oveľa viac informáciami na jednotku objemu ako tradičné počítače, ktoré kódujú informácie binárnym spôsobom pomocou 0 s a 1 s. (Mimochodom, základná jednotka informácií v kvantovom výpočtovom systéme je známa ako qubit, čo je skratka pre „kvantový bit“.)
Nová štúdia nám dáva túto silu. Výskumný tím pod vedením Franka Arute z Google AI Quantum použil kvantový počítač s názvom Sycamore, ktorý obsahoval 53 funkčných qubits (plus jeden, ktorý nefungoval správne).
Vedci zaplietli týchto 53 qubitov do zložitého stavu superpozície, potom nechali Sycamore vykonať úlohu podobnú generácii náhodných čísel. Výsledky sa potom porovnali so simuláciami spustenými na superpočítači Summit v národnom laboratóriu Oak Ridge v Tennessee.
„Summit je v súčasnosti popredným svetovým superpočítačom, ktorý je schopný vykonávať asi 200 miliónov miliárd operácií za sekundu,“ napísal William Oliver, fyzik z Massachusetts Institute of Technology. sprievodná časť „Správy a názory“ v rovnakom vydaní Prírody.
„Zahŕňa zhruba 40 000 procesorových jednotiek, z ktorých každá obsahuje miliardy tranzistorov (elektronické prepínače) a má 250 miliónov gigabajtov úložného priestoru. Približne 99% zdrojov Summitu bolo použitých na vykonanie klasického vzorkovania,“ dodal Oliver, ktorý sa nezúčastnil v novej štúdii.
Ako poznamenal Foxen, Sycamore skončil za približne 3,5 minúty a práca na summite naznačovala, že aj najmocnejší tradičný superpočítač by musel problém prežuť asi 10 000 rokov.
„Táto demonštrácia kvantovej nadradenosti nad dnešnými poprednými klasickými algoritmami na najrýchlejších superpočítačoch na svete je skutočne pozoruhodný úspech a míľnik pre kvantové výpočty,“ dodal Oliver. „Experimentálne naznačuje, že kvantové počítače predstavujú model výpočtov, ktorý je zásadne odlišný od klasických počítačov. Ďalej bojuje proti kritike kontrolovateľnosti a životaschopnosti kvantového výpočtu v mimoriadne veľkom výpočtovom priestore (obsahujúcom najmenej 253 štátov, ktoré sa tu používajú). ). "
(Nie všetci súhlasia s tým, že v novom dokumente sa skutočne uvádza správa „nadradenosť“. Napríklad vedci z IBM tvrdia, že úloha, ktorú vykonáva spoločnosť Sycamore, je v dosahu klasického počítača.) Tvrdíme, že ideálna simulácia tej istej úlohy môže vykonať na klasickom systéme za 2,5 dňa as oveľa väčšou vernosťou, “napísali dvaja vedci IBM do blogu 21. októbra.“ Toto je v skutočnosti konzervatívny odhad s najhorším prípadom a očakávame, že s ďalšími vylepšeniami klasické náklady na simuláciu sa môžu ďalej znižovať. “)
Oliver však tiež zdôraznil, že ešte predtým, ako sa kvantové počítače stanú dôležitou súčasťou nášho každodenného života, je ešte potrebné urobiť veľa práce. Napríklad, napísal, výskumníci budú musieť vyvinúť nové algoritmy, ktoré môžu pracovať s kvantovými procesormi náchylnými na chyby, ktoré budú dostupné v blízkej budúcnosti. A aby bola technológia komerčne životaschopná na dlhé vzdialenosti, budú musieť vedci navrhnúť spoľahlivé protokoly na opravu kvantových chýb.
- Fyzici zvrátia čas pre malé častice vo vnútri kvantového počítača
- Neobsaditeľné údaje: V prvom rade sa testuje bezpečná kvantová komunikácia prostredníctvom Microsatellite
- Nový superpočítač bude pokrývať kontinenty, prekonať najrýchlejší svet
Poznámka editora: Tento príbeh bol aktualizovaný 24. októbra tak, aby zahŕňal myšlienky vedcov IBM, ktorí si nemyslia, že nová štúdia preukazuje kvantovú nadradenosť.
Kniha Mika Wallovej o hľadaní mimozemského života, “Tam vonku"(Grand Central Publishing, 2018; ilustrované Karl Tate), už je mimo. Nasledujte ho na Twitteri @michaeldwall, sledujte nás na Twitteri @Spacedotcom alebo Facebook.
