Kvantový nejvyšší kryostat od Googlu s kvantovým počítačem Sycamore uvnitř.
(Obrázek: © Erik Lucero / Google)
Právě jsme vstoupili do věku kvantová nadřazenost, nová studie navrhuje.
Kvantový počítač poprvé vyřešil problém, který tradiční počítač pro všechny praktické účely nemůže, vědci dnes informovali (23. října) časopis Nature.
„Výpočet, který by na klasickém superpočítači trval 10 000 let, trval na našem kvantovém počítači 200 sekund,“ spoluautor studie Brooks Foxen, postgraduální student ve fyzice na Google AI Quantum v Mountain View a na Kalifornské univerzitě v Santa Barbara, řekl v prohlášení.
"Je pravděpodobné, že klasická simulační doba, která se v současné době odhaduje na 10 000 let, se zkrátí vylepšeným klasickým hardwarem a algoritmy, ale protože jsme v současné době 1,5 bilionkrát rychlejší, cítíme se pohodlně pokládat nárok na tento úspěch," dodal Foxen.
Kvantové počítače ukládají informace pomocí subatomických částic, které se chovají podle velmi odlišných pravidel než těch, která řídí náš makro svět. Například, kvantové částice mohou existovat v „superpozici“ dvou různých stavů současně a částice mohou být odděleny světelnými roky, ale stále mohou být „zamotaný, “ovlivňují vlastnosti ostatních.
Tato podivnost je klíčem k neuvěřitelné potenciální síle kvantové výpočty. Kvůli superpozičnímu fenoménu mohou kvantové počítače ukládat a manipulovat s mnohem více informacemi na jednotku objemu než tradiční počítače, které kódují informace binárním způsobem pomocí 0s a 1s. (Základní jednotka informací v kvantově-výpočetním systému je mimochodem známá jako qubit, což je zkratka pro „kvantový bit“.)
Nová studie nám dává tuto sílu. Výzkumný tým, vedený Frankem Arute z Google AI Quantum, použil kvantový počítač s názvem Sycamore, který obsahoval 53 funkčních qubits (plus jeden, který nepracoval správně).
Vědci zapletli těchto 53 qubitů do složitého superpozičního stavu a nechali Sycamore, aby provedl úkol podobný generování náhodných čísel. Výsledky byly poté porovnány se simulacemi prováděnými na superpočítači Summit v Oak Ridge National Laboratory v Tennessee.
„Summit je v současné době předním světovým superpočítačem, který je schopen provádět asi 200 milionů miliard operací za sekundu,“ napsal William Oliver, fyzik z Massachusetts Institute of Technology, doprovodná část „Zprávy a názory“ ve stejném vydání přírody.
"Zahrnuje zhruba 40 000 procesorových jednotek, z nichž každá obsahuje miliardy tranzistorů (elektronické přepínače) a má 250 milionů gigabajtů úložiště. Přibližně 99% zdrojů Summitu bylo použito k provedení klasického vzorkování," dodal Oliver, který se nezúčastnil v nové studii.
Jak Foxen poznamenal, Sycamore skončil asi za 3,5 minuty a práce na summitu naznačovaly, že i nejmocnější tradiční superpočítač bude muset tento problém žvýkat asi 10 000 let.
"Tato demonstrace kvantové převahy nad dnešními předními klasickými algoritmy na nejrychlejších superpočítačích na světě je skutečně pozoruhodným úspěchem a milníkem pro kvantové výpočty," dodal Oliver. „Experimentálně naznačuje, že kvantové počítače představují model výpočetní techniky, který je zásadně odlišný od klasických počítačů. Dále také bojuje proti kritice týkající se kontrolovatelnosti a životaschopnosti kvantového výpočtu v mimořádně velkém výpočetním prostoru (obsahujícím zde nejméně 253 států, které se zde používají) ). “
(Ne každý souhlasí s tím, že nový dokument skutečně uvádí „nadřazenost“. Například vědci z IBM tvrdí, že úkol, který provádí společnost Sycamore, je v dosahu klasického počítače.) Tvrdíme, že ideální simulace stejného úkolu může být proveden na klasickém systému za 2,5 dne a s mnohem větší věrností, “uvedli tři vědci IBM v blogu 21. října.„ Ve skutečnosti jde o konzervativní odhad s nejhorším případem a očekáváme, že s dalším vylepšením klasické náklady na simulaci lze dále snížit. “)
Oliver však také zdůraznil, že ještě předtím, než se kvantové počítače stanou důležitou součástí našeho každodenního života, je třeba vykonat ještě hodně práce. Například, napsal, vědci budou muset vyvinout nové algoritmy, které mohou pracovat s kvantovými procesory náchylnými k chybám, které budou k dispozici v blízké budoucnosti. A aby byla technologie komerčně životaschopná na dlouhé vzdálenosti, budou muset vědci navrhnout robustní protokoly pro opravu kvantových chyb.
- Fyzici převrátí čas pro malé částice uvnitř kvantového počítače
- Unhackable Data: V první řadě je testována bezpečná kvantová komunikace prostřednictvím Microsatellite
- Nový superpočítač překoná kontinenty a bude nejrychlejší na světě
Poznámka editora: Tento příběh byl aktualizován 24. října a zahrnuje myšlenky vědců IBM, kteří si nemyslí, že nová studie prokazuje kvantovou nadřazenost.
Kniha Mika Wallové o hledání mimozemského života, “Tam venku"(Grand Central Publishing, 2018; ilustrováno Karl Tate), je nyní venku. Sledujte ho na Twitteru @ michaeldwall. Sleduj nás na Twitteru @Spacedotcom nebo Facebook.
