Google tog lige et kvantespring inden for datalogi. Ved hjælp af virksomhedens avancerede kvantecomputer, kaldet Sycamore, har Google hævdet "kvanteoverlegenhed" over de mest magtfulde supercomputere i verden ved at løse et problem, der betragtes som praktisk talt umuligt for normale maskiner.
Kvantecomputeren afsluttede den komplekse beregning på 200 sekunder. Den samme beregning ville tage endog de mest magtfulde supercomputere cirka 10.000 år at afslutte, skrev forskerholdet, ledet af John Martinis, en eksperimentel fysiker ved University of California, Santa Barbara, i deres undersøgelse offentliggjort onsdag (23. oktober) i tidsskriftet Nature.
"Det er sandsynligt, at den klassiske simuleringstid, der i øjeblikket anslås til 10.000 år, vil blive reduceret med forbedret klassisk hardware og algoritmer," sagde Brooks Foxen, en kandidatstuderende forsker i Martinis 'laboratorium. "Men da vi i øjeblikket er 1,5 billioner gange hurtigere, føler vi os komfortable med at hævde denne præstation," tilføjede han og henviste til kvantecomputers overherredømme.
Kvantecomputere drager fordel af kvantmekanikens uheldige fysik for at løse problemer, der ville være ekstremt vanskelige, hvis ikke umulige, for klassiske, halvlederbaserede computere at løse.
Den beregning, som Google valgte at erobre, er det kvanteækvivalent ved at generere en meget lang liste med tilfældige tal og kontrollere deres værdier en million gange over. Resultatet er en løsning, der ikke er særlig nyttig uden for kvantemekanikkens verden, men det har store konsekvenser for en enheds behandlingsstyrke.
Styrke i usikkerhed
Almindelige computere udfører beregninger ved hjælp af "bits" af information, som ligesom tænd / sluk-afbrydere kun kan eksistere i to tilstande: enten 1 eller 0. Kvantecomputere bruger kvantebits eller "qubits", der kan eksistere som begge 1 og 0 samtidigt. Denne bisarre konsekvens af kvantemekanik kaldes en superpositionstilstand og er nøglen til kvantecomputerens fordel i forhold til klassiske computere.
For eksempel kan et par bits gemme kun en af fire mulige kombinationer af tilstande (00, 01, 10 eller 11) til enhver tid. Et par qubits kan gemme alle fire kombinationer samtidig, fordi hver qubit repræsenterer begge værdier (0 og 1) på samme tid. Hvis du tilføjer flere qubits, vokser din computers styrke eksponentielt. Tre qubits gemmer otte kombinationer, fire qubits lager 16 og så videre. Googles nye computer med 53 qubits kan gemme 253 værdier eller mere end 10.000.000.000.000.000.000 (10 quadrillion) kombinationer. Dette antal bliver endnu mere imponerende, når en anden grundlæggende og lige så bisarre egenskab ved kvantemekanik kommer ind i showet: sammenfiltrede stater.
I et fænomen beskrevet af Albert Einstein som "uhyggelig handling på afstand", kan partikler, der på et eller andet tidspunkt interagerer med hinanden, blive sammenfiltret. Det betyder, at måling af tilstanden for den ene partikel giver dig mulighed for samtidig at kende tilstanden for den anden, uanset afstanden mellem partiklerne. Hvis kvantecomputerne er sammenfiltret, kan de alle måles samtidig.
Googles kvantecomputer består af mikroskopiske kredsløb af superledende metal, der sammenfiltrer 53 qubits i en kompleks superpositionstilstand. De sammenfiltrede qubits genererer et tilfældigt tal mellem nul og 253, men på grund af kvanteinterferens vises nogle tilfældige tal mere end andre. Når computeren måler disse tilfældige tal millioner gange, opstår et mønster fra deres ujævne fordeling.
"For klassiske computere er det meget vanskeligere at beregne resultatet af disse operationer, fordi det kræver beregning af sandsynligheden for at være i et af de 253 mulige tilstande, hvor 53 kommer fra antallet af qubits - den eksponentielle skalering er hvorfor folk er interesseret i kvanteberegning til at begynde med, ”sagde Foxen.
Ved at drage fordel af de mærkelige egenskaber ved kvanteforvikling og superposition producerede Martinis 'laboratorium dette distributionsmønster ved hjælp af Sycamore-chippen på 200 sekunder.
På papiret er det let at vise, hvorfor en kvantecomputer kunne overgå traditionelle computere. At demonstrere opgaven i den virkelige verden er en anden historie. Mens klassiske computere kan stable millioner af driftsbits i deres processorer, kæmper kvantecomputere med at skalere antallet af qubits, de kan operere med. Indfiltrede qubits bliver ufiltrede efter korte perioder og er modtagelige for støj og fejl.
Selvom denne Google-præstation helt sikkert er en bedrift i kvanteberegningens verden, er feltet stadig i sin spædbarn, og praktiske kvantecomputere forbliver langt i horisonten, sagde forskerne.
- Fotos: Store numre, der definerer universet
- 9 numre, der er køligere end Pi
- 8 måder, du kan se Einsteins relativitetsteori i det virkelige liv
