Tento článok je odhadom vlastností kvantového počítača, ktorý spoločnosť Google oznámila. Spoločnosť tvrdí, že „kvantový počítač dokázal dosiahnuť to, čo by moderné počítače trvalo tisíce rokov.“Časopis kladie otázku: rozumie tím Google vozu, ktorý vytvorili? A nebude „optimalizovať“osobu?
V nedávnom článku spoločnosti Quantum Computing Lab od spoločnosti Google sa uvádza, že spoločnosť dosiahla kvantovú dokonalosť. Toto je len diskusia, ale čo to všetko znamená?
V roku 2012 som vytvoril pojem „kvantová nadradenosť“do bodu, v ktorom kvantové počítače dokážu robiť to, čo klasické počítače nedokážu - a bez ohľadu na užitočnosť úloh. Týmto novým pojmom som chcel zdôrazniť, v akom historicky dôležitom období žijeme. Je pre česť žiť v ére rozvoja informačných technológií založených na princípoch kvantovej fyziky.
Pojem „kvantová nadradenosť“- a dokonca aj samotný fenomén - spôsobil veľa kontroverzií. A to z dvoch dôvodov naraz. Po prvé, slovo „nadradenosť“z politického hľadiska znie zle - vyvoláva nechutné vzťahy s „bielou nadradenosťou“. Po druhé, tento pojem iba zhoršuje všeobecný rozruch okolo kvantových technológií a je toho už príliš veľa. Stále som predvídal druhú, ale prvú som úplne vynechal. Nech už je to akokoľvek, termín uviazol a kvantový tím v spoločnosti Google ho s nadšením prevzal.
Vo svojej hlave som prešiel niekoľkými možnosťami, ale všetky som odmietol a rozhodol som sa, že „kvantová nadradenosť“najlepšie vystihuje situáciu. Tiež som uvažoval nad „kvantovou výhodou“- a tento pojem sa tiež začal používať. Ale podľa môjho vkusu „nadradenosť“znie stále presnejšie a presvedčivejšie. Na pretekoch hovoria o výhode, aj keď jeden kôň je pred druhým menej ako telom. Rýchlosť kvantového počítača pri niektorých úlohách je niekoľkokrát vyššia ako pri klasických. Teoreticky je to tak.
Nedávny článok spoločnosti Google to jasne ilustruje. Pomocou zariadenia s 53 qubitmi (kvantové analógy bitov klasického počítača) dokázali vykonávať kvantové výpočty v minútach, ktoré by dnešným najvýkonnejším superpočítačom vyžadovali tisíce rokov. Ak je to pravda, potom je to vynikajúci úspech v experimentálnej fyzike a dôkaz o bezprecedentnom vývoji kvantového hardvéru. Úprimne blahoželám všetkým účastníkom experimentu.
Je tu však úlovok. Tím Google pripúšťa, že problém, ktorý ich stroj vyriešil s úžasnou rýchlosťou, bol starostlivo vybraný, aby preukázal nadradenosť kvantového počítača. Pri jeho riešení neexistuje žiadny praktický zmysel. Stručne povedané, kvantový počítač vykonal náhodne vybranú postupnosť inštrukcií, po ktorej sa zmerali všetky krivky, pričom na výstupe sa získal bitový reťazec. Toto je kvantový výpočet veľmi malej štruktúry. Áno, takáto úloha je pre klasický počítač mimoriadne náročná, ale odpoveď nie je príliš významná.
Výsledok je vynikajúci. Tímom overením, či sa výstup ich kvantového počítača zhoduje s výstupom klasického superpočítača (samozrejme, pokiaľ operácia nebude trvať tisíce rokov, samozrejme), tím potvrdil, že rozumejú svojmu zariadeniu a že funguje podľa očakávania. Teraz, keď sme zistili, že hardvér funguje, je možné načítať ďalšie užitočné úlohy.
Propagačné video:
Prečo je dôležité kontrolovať výkonnosť zariadenia? Pretože je veľmi ťažké presne riadiť kvantový počítač. V istom zmysle to jednoducho porušuje kvantový systém - slávny Heisenbergov princíp neurčitosti v akcii. Preto, ak chceme takýto systém používať na ukladanie a spoľahlivé spracovanie informácií, musíme ho takmer ideálne izolovať od vonkajšieho sveta. Zároveň potrebujeme vzájomnú interakciu qubits - chceme spracovávať údaje. Okrem toho musíme systém ovládať zvonku a nakoniec merať krivky, aby sme zistili výsledok našich výpočtov. Je mimoriadne ťažké vytvoriť kvantový systém, ktorý spĺňa všetky tieto kritériá. Na dosiahnutie súčasných výsledkov trvalo veľa rokov v oblasti materiálov,výroba, vývoj a kontrola.
Úspech spoločnosti Google je míľnikom vo vývoji aplikovaných kvantových počítačov. Myslel som si, že nadchádzajúca éra potrebuje osobitné meno - a prišla s „kvantom šumu na strednej úrovni“alebo NISQ. Rýmy s rizikom. „Stredná úroveň“je o veľkosti kvantových počítačov, ktoré sú stále dostupnejšie. Týmto tempom budú čoskoro schopní vykonávať úlohy, ktoré sú pre dnešných superpočítačov príliš ťažké. „Hlučný“zdôrazňuje nedokonalú kontrolu a výsledné poruchy a chyby, ktoré sa časom hromadia. Zatiaľ nemôžeme vykonať dlhý výpočet - správna odpoveď pre nás pravdepodobne nebude žiariť.
Tím Google preukázal, že je možné postaviť kvantový stroj dostatočne veľký a presný na vyriešenie predtým nemožných úloh. Uvažujme o začiatku novej éry - ére hlučnej strednej úrovne alebo NISQ.
Čo sa stane ďalej? Spoločnosť Google a ďalší výrobcovia hardvéru samozrejme očakávajú, že nájdu praktické využitie pre svoje kvantové zariadenia. Výkonnejší kvantový počítač pomôže vedcom vyvinúť nové materiály a chemické zlúčeniny alebo vylepšiť nástroje na strojové učenie, ale hlučný kvantový počítač s niekoľkými stovkami juniorov bude mať dobrý výsledok. Máme však niekoľko praktických nápadov pre počítače NISQ, ktoré sa chystáme vyskúšať. Týmto spôsobom dosiahneme lepšie optimalizačné metódy a presnejšie simulácie fyziky - aj keď v skutočnosti nie sme si celkom istí úspechom. Stále však bude zaujímavé hrať s technológiou NISQ a zistiť, čo dokáže. Počítamtieto kvantové počítače skôr alebo neskôr premenia našu spoločnosť - aj keď je to otázka budúcnosti.
V článku z roku 2012, v ktorom som razil termín „kvantová nadradenosť“, som zdôvodnil: „Aké je to riadenie veľkých kvantových systémov? Iba „veľmi ťažké“alebo „smiešne ťažké“? Ak bývalý, potom po niekoľkých desaťročiach tvrdej práce môžeme uspieť. Ak je to druhé, bude to trvať niekoľko storočí, a dokonca ani potom to nebude fungovať. “Posledné pokroky tímu Google nás vedú k presvedčeniu, že sa zaoberáme prvým prípadom - jednoducho „veľmi zložitým“. Ak áno, v nadchádzajúcich desaťročiach sa objaví množstvo kvantových technológií.
James O'Brien