Ο κβαντικός ανώτατος κρυοστάτης της Google, με τον κβαντικό υπολογιστή Sycamore μέσα.
(Εικόνα: © Erik Lucero / Google)
Μόλις μπήκαμε στην εποχή του κβαντική υπεροχή, προτείνει μια νέα μελέτη.
Για πρώτη φορά, ένας κβαντικός υπολογιστής έχει λύσει ένα πρόβλημα που ένας παραδοσιακός υπολογιστής, για όλους τους πρακτικούς σκοπούς, δεν μπορεί, ανέφεραν οι ερευνητές σήμερα (23 Οκτωβρίου) στο περιοδικό Nature.
"Ένας υπολογισμός που θα διαρκούσε 10.000 χρόνια σε έναν κλασικό υπερυπολογιστή χρειάστηκε 200 δευτερόλεπτα στον κβαντικό μας υπολογιστή", συν-συγγραφέας της μελέτης Brooks Foxen, απόφοιτος ερευνητής φυσικής στο Google AI Quantum στο Mountain View και το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Santa Barbara, είπε σε μια δήλωση.
"Είναι πιθανό ότι ο κλασικός χρόνος προσομοίωσης, που εκτιμάται σήμερα στα 10.000 χρόνια, θα μειωθεί με βελτιωμένο κλασικό υλικό και αλγόριθμους, αλλά, δεδομένου ότι αυτήν τη στιγμή είμαστε 1,5 τρισεκατομμύρια φορές πιο γρήγορα, αισθανόμαστε άνετα να διεκδικήσουμε αυτό το επίτευγμα", πρόσθεσε ο Foxen.
Οι κβαντικοί υπολογιστές αποθηκεύουν πληροφορίες χρησιμοποιώντας υποατομικά σωματίδια, τα οποία συμπεριφέρονται σύμφωνα με πολύ διαφορετικούς κανόνες από αυτούς που διέπουν τον μακροοικονομικό μας κόσμο. Για παράδειγμα, τα κβαντικά σωματίδια μπορούν να υπάρχουν σε μια «υπέρθεση» δύο διαφορετικών καταστάσεων ταυτόχρονα, και τα σωματίδια μπορούν να διαχωριστούν από τα έτη φωτός αλλά ακόμα να είναι «μπερδεμένος, "επηρεάζοντας τις ιδιότητες του άλλου.
Αυτή η περιέργεια είναι το κλειδί για την απίστευτη πιθανή δύναμη του κβαντικός υπολογισμός. Λόγω του φαινομένου της υπέρθεσης, οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να αποθηκεύουν και να χειρίζονται πολύ περισσότερες πληροφορίες ανά μονάδα όγκου από ότι οι παραδοσιακοί υπολογιστές, οι οποίοι κωδικοποιούν πληροφορίες με δυαδικό τρόπο χρησιμοποιώντας 0s και 1s. (Η βασική μονάδα πληροφοριών σε ένα κβαντικό υπολογιστικό σύστημα, παρεμπιπτόντως, είναι γνωστή ως qubit, το οποίο είναι σύντομο για το "κβαντικό bit.")
Η νέα μελέτη μας δίνει μια γεύση αυτής της δύναμης. Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής τον Frank Arute του Google AI Quantum, χρησιμοποίησε έναν κβαντικό υπολογιστή που ονομάζεται Sycamore, ο οποίος παρουσίαζε 53 λειτουργικά qubit (συν έναν που δεν λειτούργησε σωστά).
Οι επιστήμονες μπλέχτηκαν αυτά τα 53 qubit σε μια σύνθετη κατάσταση υπέρθεσης, και στη συνέχεια ο Sycamore εκτελούσε μια εργασία παρόμοια με τη δημιουργία τυχαίων αριθμών. Τα αποτελέσματα στη συνέχεια συγκρίθηκαν με προσομοιώσεις που εκτελούνται στον υπερυπολογιστή Summit στο Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge στο Τενεσί.
"Η Summit είναι σήμερα ο κορυφαίος υπερυπολογιστής στον κόσμο, ικανός να εκτελεί περίπου 200 εκατομμύρια δισεκατομμύρια λειτουργίες ανά δευτερόλεπτο", έγραψε ο William Oliver, φυσικός στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης. συνοδευτικό κομμάτι "Ειδήσεις και προβολές" στο ίδιο τεύχος της Φύσης.
"Περιλαμβάνει περίπου 40.000 μονάδες επεξεργαστών, καθεμία από τις οποίες περιέχει δισεκατομμύρια τρανζίστορ (ηλεκτρονικοί διακόπτες), και έχει 250 εκατομμύρια gigabytes αποθήκευσης. Περίπου το 99% των πόρων της Summit χρησιμοποιήθηκαν για την εκτέλεση της κλασικής δειγματοληψίας", πρόσθεσε ο Oliver, ο οποίος δεν συμμετείχε στη νέα μελέτη.
Όπως σημείωσε ο Foxen, ο Sycamore τελείωσε σε περίπου 3,5 λεπτά και η εργασία του Summit έδειξε ότι ακόμη και ο πιο ισχυρός παραδοσιακός υπερυπολογιστής θα έπρεπε να μασήσει το πρόβλημα για περίπου 10.000 χρόνια.
"Αυτή η απόδειξη της κβαντικής υπεροχής έναντι των σημερινών κορυφαίων κλασικών αλγορίθμων στους ταχύτερους υπερυπολογιστές στον κόσμο είναι πραγματικά ένα αξιοσημείωτο επίτευγμα και ορόσημο για την κβαντική πληροφορική", πρόσθεσε ο Oliver. "Υποδηλώνει πειραματικά ότι οι κβαντικοί υπολογιστές αντιπροσωπεύουν ένα μοντέλο υπολογιστών που είναι θεμελιωδώς διαφορετικό από αυτό των κλασικών υπολογιστών. Επίσης, καταπολεμά περαιτέρω τις επικρίσεις σχετικά με τη δυνατότητα ελέγχου και τη βιωσιμότητα του κβαντικού υπολογισμού σε έναν εξαιρετικά μεγάλο υπολογιστικό χώρο (που περιέχει τουλάχιστον τις 253 καταστάσεις που χρησιμοποιούνται εδώ) ). "
(Δεν συμφωνούν όλοι ότι το νέο έγγραφο αναφέρει πράγματι την «υπεροχή». Ωστόσο, για παράδειγμα, ερευνητές από την IBM υποστηρίζουν ότι η εργασία που εκτελείται από τη Sycamore είναι πολύ προσιτή σε έναν κλασικό υπολογιστή. »Υποστηρίζουμε ότι μια ιδανική προσομοίωση της ίδιας εργασίας μπορεί να να εκτελεστεί σε ένα κλασικό σύστημα σε 2,5 ημέρες και με πολύ μεγαλύτερη πιστότητα ", έγραψαν τρεις επιστήμονες της IBM σε μια δημοσίευση ιστολογίου στις 21 Οκτωβρίου." Αυτή είναι στην πραγματικότητα μια συντηρητική, χειρότερη εκτίμηση, και περιμένουμε ότι με πρόσθετες βελτιώσεις το το κλασικό κόστος της προσομοίωσης μπορεί να μειωθεί περαιτέρω. ")
Ο Oliver τόνισε, ωστόσο, ότι πρέπει να γίνει σημαντική δουλειά πριν οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να γίνουν ένα σημαντικό μέρος της καθημερινής μας ζωής. Για παράδειγμα, έγραψε, οι ερευνητές θα πρέπει να αναπτύξουν νέους αλγόριθμους που μπορούν να λειτουργήσουν με τους κβαντικούς επεξεργαστές που είναι επιρρεπείς σε σφάλματα που θα είναι διαθέσιμοι στο εγγύς μέλλον. Και, για να καταστεί η τεχνολογία εμπορικά βιώσιμη σε μεγάλες αποστάσεις, οι επιστήμονες θα πρέπει να επινοήσουν ισχυρά πρωτόκολλα για τη διόρθωση των κβαντικών σφαλμάτων.
- Οι φυσικοί αντιστρέφουν το χρόνο για μικροσκοπικά σωματίδια μέσα σε έναν κβαντικό υπολογιστή
- Unackable Data: Σε μια πρώτη δοκιμή, οι ασφαλείς κβαντικές επικοινωνίες ελέγχονται μέσω μικροδορυφόρου
- Ο νέος υπερυπολογιστής Will Span Continents, ξεπερνά τον γρηγορότερο στον κόσμο
Σημείωση του συντάκτη: Αυτή η ιστορία ενημερώθηκε στις 24 Οκτωβρίου για να συμπεριλάβει σκέψεις από επιστήμονες της IBM που δεν πιστεύουν ότι η νέα μελέτη καταδεικνύει την κβαντική υπεροχή.
Το βιβλίο του Mike Wall για την αναζήτηση εξωγήινης ζωής, "Εκεί έξω"(Grand Central Publishing, 2018; εικονογραφημένο από Karl Tate), είναι έξω τώρα. Ακολουθήστε τον στο Twitter @michaeldwall. Ακολουθήστε μας στο Twitter @Spacedotcom ή Facebook.
