Googles kvante øverste kryostat med Sycamore kvantecomputer inde.
(Billede: © Erik Lucero / Google)
Vi er lige kommet i en alder af kvanteoverherredømme, antyder en ny undersøgelse.
For første gang har en kvantecomputer løst et problem, som en traditionel computer til alle praktiske formål ikke kan, rapporterede forskere i dag (23. oktober) i tidsskrift Nature.
"En beregning, der ville tage 10.000 år på en klassisk supercomputer, tog 200 sekunder på vores kvantecomputer," studerer medforfatter Brooks Foxen, en kandidatstuderende i fysik ved Google AI Quantum i Mountain View og University of California, Santa Barbara, sagde det i en erklæring.
"Det er sandsynligt, at den klassiske simuleringstid, der i øjeblikket anslås til 10.000 år, vil blive reduceret med forbedret klassisk hardware og algoritmer, men da vi i øjeblikket er 1,5 billioner gange hurtigere, føler vi os komfortable med at hævde denne præstation," tilføjede Foxen.
Kvantecomputere lagrer information ved hjælp af subatomære partikler, der opfører sig i henhold til meget forskellige regler end dem, der styrer vores makroverden. For eksempel kan kvantepartikler eksistere i en "superposition" af to forskellige tilstande på samme tid, og partikler kan adskilles med lysår, men alligevel være "viklet ind, "påvirker hinandens egenskaber.
Denne underhed er nøglen til den utrolige potentielle kraft kvanteberegning. På grund af superpositionfænomenet kan kvantecomputere lagre og manipulere langt mere information pr. Enhedsvolumen end traditionelle computere, der koder information på en binær måde ved hjælp af 0s og 1s. (Den basale informationsenhed i et kvanteberegningssystem kaldes forresten en qubit, der er en forkortelse af "kvantebit.")
Den nye undersøgelse giver os en smag af den magt. Forskningsteamet, ledet af Frank Arute fra Google AI Quantum, brugte en kvantecomputer kaldet Sycamore, som indeholdt 53 funktionelle qubits (plus en, der ikke fungerede korrekt).
Videnskabsmændene sammenfiltrede disse 53 qubits i en kompleks superpositionstilstand og fik derefter Sycamore til at udføre en opgave svarende til generation af tilfældigt tal. Resultaterne blev derefter sammenlignet med simuleringer, der blev kørt på Summit-supercomputeren på Oak Ridge National Laboratory i Tennessee.
"Summit er i øjeblikket verdens førende supercomputer, der er i stand til at udføre omkring 200 millioner milliarder operationer i sekundet," skrev William Oliver, en fysiker ved Massachusetts Institute of Technology, i en ledsagende "Nyheder og synspunkter" i det samme nummer af naturen.
"Det består af ca. 40.000 processorenheder, som hver indeholder milliarder af transistorer (elektroniske switches) og har 250 millioner gigabyte lager. Cirka 99% af Summit's ressourcer blev brugt til at udføre den klassiske prøveudtagning," tilføjede Oliver, der ikke var involveret i den nye undersøgelse.
Som Foxen bemærkede, afsluttede Sycamore på cirka 3,5 minutter, og topmødets arbejde antydede, at selv den mest magtfulde traditionelle supercomputer skulle tygge på problemet i cirka 10.000 år.
"Denne demonstration af kvanteoverherredømme over nutidens førende klassiske algoritmer på verdens hurtigste supercomputere er virkelig en bemærkelsesværdig præstation og en milepæl for kvanteberegning," tilføjede Oliver. "Det antyder eksperimentelt, at kvantecomputere repræsenterer en computermodel, der er grundlæggende forskellig fra den, der gælder for klassiske computere. Den bekæmper også yderligere kritik af kontrollerbarheden og levedygtigheden af kvanteberegning i et ekstraordinært stort beregningsrum (indeholdende mindst de 253 tilstande, der er anvendt her )."
(Ikke alle er enige om, at den nye artikel faktisk rapporterer ”overherredømme”. For eksempel hævder forskere fra IBM, at opgaven, der udføres af Sycamore, er godt inden for en klassisk computers rækkevidde. ”Vi hævder, at en ideel simulering af den samme opgave kan udføres på et klassisk system på 2,5 dage og med langt større tro, "skrev tre forskere fra IBM i et blogindlæg den 21. oktober." Dette er faktisk et konservativt værst skøn, og vi forventer, at med yderligere forbedringer klassiske omkostninger ved simuleringen kan reduceres yderligere. ")
Oliver understregede imidlertid også, at der stadig skal udføres betydeligt arbejde, før kvantecomputere kan blive en vigtig del af vores hverdag. For eksempel, skrev han, skal forskere udvikle nye algoritmer, der kan arbejde med de fejlbenyttede kvanteprocessorer, der vil være tilgængelige i den nærmeste fremtid. Og for at gøre teknologien kommercielt bæredygtig i det lange løb skal forskere udtænke robuste protokoller til korrektion af kvantefejl.
- Fysikere Omvendt tid for små partikler inde i en kvantecomputer
- Uhackable data: Først testes sikker kvantekommunikation via mikrosatellit
- Ny supercomputer vil spænde kontinenter, overgå verdens hurtigste
Redaktørens note: Denne historie blev opdateret den 24. oktober for at omfatte tanker fra IBM-videnskabsfolk, der ikke synes, at den nye undersøgelse viser kvanteoverlegenhed.
Mike Walls bog om søgning efter fremmed liv, "Der ude"(Grand Central Publishing, 2018; illustreret af Karl Tate), er ude nu. Følg ham på Twitter @michaeldwall. Følg os på Twitter @Spacedotcom eller Facebook.
