Googlen korkein kvantti-kryostaatti, Sycamore-kvantitietokoneen sisällä.
(Kuva: © Erik Lucero / Google)
Olemme juuri tulleet iän kvantti ylivalta, uusi tutkimus ehdottaa.
Kvanttitietokone on ensimmäistä kertaa ratkaissut ongelman, jota perinteinen tietokone ei voi käyttää kaikissa käytännöllisissä tarkoituksissa, tutkijat kertoivat tänään (23. lokakuuta) lehdessä lehti Nature.
"Laskenta, joka kestäisi 10 000 vuotta klassisella supertietokoneella, kesti 200 sekuntia kvantitietokoneella", tutkimuksen avustaja Brooks Foxen, jatko-opiskelijafysiikan tutkija Google AI Quantumissa Mountain Viewssa ja Kalifornian yliopistossa, Santa Barbara, sanoi lausunnossaan.
"On todennäköistä, että klassisen simulaation aikaa, jonka arvioidaan olevan tällä hetkellä 10 000 vuotta, lyhennetään parannetuilla klassisilla laitteistoilla ja algoritmeilla, mutta koska olemme tällä hetkellä 1,5 biljoonaa kertaa nopeampia, tunnemme olosi mukavaksi vaatia tätä saavutusta", Foxen lisäsi.
Kvanttitietokoneet tallentavat tietoja subatomisilla hiukkasilla, jotka käyttäytyvät hyvin erilaisten sääntöjen mukaisesti kuin ne, jotka ohjaavat makromaailmaamme. Esimerkiksi kvanttihiukkaset voivat esiintyä kahden eri tilan "superpositiossa" samanaikaisesti, ja hiukkaset voidaan erottaa valovuosilla, mutta silti olla "sotkeutua, "vaikuttavat toistensa ominaisuuksiin.
Tämä outo on avain uskomatonta potentiaalista voimaa kvanttilaskenta. Superpositio-ilmiön vuoksi kvantitietokoneet voivat tallentaa ja käsitellä paljon enemmän tietoa tilavuusyksikköä kohti kuin perinteiset tietokoneet, jotka koodaavat tietoja binaarisesti 0: n ja 1: n avulla. (Kvanttien laskentajärjestelmän perustietoyksikkö, muuten, tunnetaan nimellä qubit, joka on lyhenne sanasta "kvanttibitti".)
Uusi tutkimus antaa meille makua siitä voimasta. Tutkimusryhmä, jota johti Frank Arute Google AI Quantumista, käytti kvanttitietokonetta nimeltä Sycamore, jossa oli 53 toiminnallista kvittiä (plus yksi, joka ei toiminut kunnolla).
Tutkijat takertuivat nämä 53 jännitettä monimutkaiseen superpositiotilaan, minkä jälkeen Sycamore oli suorittanut tehtävän, joka oli samanlainen kuin satunnaislukujen generointi. Tuloksia verrattiin sitten Tennissee Oak Ridge National Laboratoryn Summit-supertietokoneella suoritettuihin simulaatioihin.
"Summit on tällä hetkellä maailman johtava supertietokone, joka pystyy suorittamaan noin 200 miljoonaa miljardia operaatiota sekunnissa", Massachusettsin teknillisen instituutin fyysikko William Oliver kirjoitti mukana "News and Views" -teos samassa Nature-numerossa.
"Se käsittää noin 40 000 prosessoriyksikköä, joista kukin sisältää miljardeja transistoreita (elektronisia kytkimiä), ja siinä on 250 miljoonaa gigatavua tallennustilaa. Noin 99% Summitin resursseista käytettiin klassisen näytteenoton suorittamiseen", lisäsi Oliver, joka ei ollut mukana uudessa tutkimuksessa.
Kuten Foxen huomautti, Sycamore valmistui noin 3,5 minuutissa ja huippukokouksen työ ehdotti, että jopa tehokkaimman perinteisen supertietokoneen olisi pureskeltava ongelmaa noin 10 000 vuoden ajan.
"Tämä kvanttien ylivallan osoittaminen nykypäivän johtaviin klassisiin algoritmeihin maailman nopeimmissa supertietokoneissa on todella huomattava saavutus ja virstanpylväs kvanttilaskennalle", Oliver lisäsi. "Se ehdottaa kokeellisesti, että kvantitietokoneet edustavat laskentamallia, joka on pohjimmiltaan erilainen kuin klassisten tietokoneiden. Se torjuu myös kritiikkiä kvanttilaskennan hallittavuudesta ja kannattavuudesta poikkeuksellisen suuressa laskentatilassa (joka sisältää ainakin 253 tässä käytettyä tilaa) )."
(Kaikki eivät ole yhtä mieltä siitä, että uusi artikkeli todellakin ilmoittaa "ylivallasta". Esimerkiksi IBM: n tutkijat väittävät, että Sycamoren suorittama tehtävä on klassisen tietokoneen ulottuvilla. "Väitämme, että saman tehtävän ihanteellinen simulointi voi Kolme IBM: n tutkijaa kirjoitti 21. lokakuuta päivätyssä blogin postituksessa klassisessa järjestelmässä 2,5 päivässä ja huomattavasti suuremmalla uskottavuudella. "Tämä on itse asiassa konservatiivinen, pahimman tapauksen arvio, ja odotamme, että lisäkorjauksilla klassisen simulaation kustannuksia voidaan vähentää edelleen. ")
Oliver korosti kuitenkin myös, että huomattavaa työtä on vielä tehtävä, ennen kuin kvantitietokoneista voi tulla tärkeä osa jokapäiväistä elämäämme. Hän kirjoitti esimerkiksi, että tutkijoiden on kehitettävä uusia algoritmeja, jotka voivat toimia virheille alttiiden kvanttiprosessorien kanssa, jotka ovat saatavilla lähitulevaisuudessa. Ja jotta tekniikka olisi kaupallisesti kannattavaa pitkällä aikavälillä, tutkijoiden on luotava vankat protokollat kvanttivirheiden korjaamiseksi.
- Fyysikot kääntävät aikaa pienille hiukkasille kvantitietokoneessa
- Upeita tietoja: Ensimmäisessä tapauksessa turvallista kvanttiviestintää testataan Microsatelliten kautta
- Uusi supertietokone kattaa maanosat, maailman nopeimmalla kilpailulla
Toimittajan huomautus: Tämä tarina päivitettiin 24. lokakuuta sisällyttämään siihen ideoita IBM: n tutkijoilta, joiden mielestä uusi tutkimus ei osoita kvanttivaltaa.
Mike Wallin kirja vieraan elämän etsinnästä "Siellä"(Grand Central Publishing, 2018; kuvaaja Karl Tate), on nyt poissa. Seuraa häntä Twitterissä @michaeldwall. Seuraa meitä Twitterissä @Spacedotcom tai Facebook.
