Googles kvante suveren kryostat, med Sycamore kvantecomputer inne.
(Bilde: © Erik Lucero / Google)
Vi har nettopp kommet i en alder av kvanteoverlegenhet, antyder en ny studie.
For første gang har en kvantecomputer løst et problem som en tradisjonell datamaskin, for alle praktiske formål, ikke kan, rapporterte forskere i dag (23. oktober) i journal Nature.
"En beregning som ville ta 10.000 år på en klassisk superdatamaskin tok 200 sekunder på vår kvantecomputer," studerte medforfatter Brooks Foxen, en forsker i fysikk ved Google AI Quantum i Mountain View og University of California, Santa Barbara, sa det i en uttalelse.
"Det er sannsynlig at den klassiske simuleringstiden, for tiden estimert til 10.000 år, vil bli redusert med forbedrede klassiske maskinvare og algoritmer, men siden vi nå er 1,5 billioner ganger raskere, føler vi oss komfortable med å hevde denne prestasjonen," la Foxen til.
Kvantedatamaskiner lagrer informasjon ved bruk av subatomære partikler, som oppfører seg etter veldig andre regler enn de som styrer vår makroverden. For eksempel kan kvantepartikler eksistere i en "superposisjon" av to forskjellige tilstander på samme tid, og partikler kan skilles ut med lysår, men fremdeles være "fanget, "som påvirker hverandres egenskaper.
Denne rare er nøkkelen til den utrolige potensielle kraften til kvanteberegning. På grunn av superposisjonsfenomenet kan kvantecomputere lagre og manipulere langt mer informasjon per volumenhet enn tradisjonelle datamaskiner som kan kode informasjon på en binær måte ved å bruke 0s og 1s. (Den grunnleggende informasjonsenheten i et kvanteberegningssystem er forresten kjent som en kvbit, som er forkortelse for "kvantebit.")
Den nye studien gir oss en smak av den kraften. Forskerteamet, ledet av Frank Arute fra Google AI Quantum, brukte en kvantecomputer kalt Sycamore, som inneholdt 53 funksjonelle qubits (pluss en som ikke fungerte ordentlig).
Forskerne viklet de 53 sekundene inn i en kompleks superposisjonstilstand, og fikk Sycamore til å utføre en oppgave som var lik generering av tilfeldig tall. Resultatene ble deretter sammenlignet med simuleringer som ble kjørt på Summit-superdatamaskinen på Oak Ridge National Laboratory i Tennessee.
"Summit er for tiden verdens ledende superdatamaskin, som er i stand til å utføre rundt 200 millioner milliarder operasjoner per sekund," skrev William Oliver, en fysiker ved Massachusetts Institute of Technology, i en medfølgende stykke "Nyheter og synspunkter" i den samme utgaven av Nature.
"Den består av omtrent 40 000 prosessorenheter, som hver inneholder milliarder av transistorer (elektroniske brytere), og har 250 millioner gigabyte lagringsplass. Omtrent 99% av Summit's ressurser ble brukt til å utføre den klassiske prøvetakingen," la Oliver til, som ikke var involvert i den nye studien.
Som Foxen bemerket, avsluttet Sycamore på cirka 3,5 minutter, og toppmøtet antydet at selv den kraftigste tradisjonelle superdatamaskinen måtte tygge på problemet i omtrent 10.000 år.
"Denne demonstrasjonen av kvanteoverlegenhet over dagens ledende klassiske algoritmer på verdens raskeste superdatamaskiner er virkelig en bemerkelsesverdig prestasjon og en milepæl for kvanteberegning," la Oliver til. "Det antyder eksperimentelt at kvantecomputere representerer en datamaskinmodell som er grunnleggende forskjellig fra klassiske datamaskiner. Den bekjemper videre kritikk om kontrollbarhet og levedyktighet av kvantberegning i et ekstraordinært stort beregningsrom (som inneholder minst de 253 tilstandene som brukes her )."
(Imidlertid er ikke alle enige om at den nye artikkelen faktisk rapporterer "overherredømme". For eksempel hevder forskere fra IBM at oppgaven som er utført av Sycamore er godt innenfor en klassisk datamaskin rekkevidde. "Vi hevder at en ideell simulering av den samme oppgaven kan utføres på et klassisk system på 2,5 dager og med langt større troskap, "skrev tre forskere fra IBM i et blogginnlegg 21. oktober." Dette er faktisk et konservativt, verste fall, og vi forventer at med ytterligere forbedringer klassiske kostnader ved simuleringen kan reduseres ytterligere. ")
Oliver understreket imidlertid at det fortsatt må gjøres betydelig arbeid før kvantecomputere kan bli en viktig del av hverdagen vår. For eksempel, skrev han, vil forskere måtte utvikle nye algoritmer som kan fungere med de feilutsatte kvanteprosessorene som vil være tilgjengelige i nær fremtid. Og for å gjøre teknologien kommersielt levedyktig over lang tid, vil forskere måtte utvikle robuste protokoller for å rette opp kvantefeil.
- Fysikere Omvendt tid for små partikler inne i en kvantecomputer
- Uhackable data: Først testes sikker kvantekommunikasjon via mikrosatellitt
- Ny superdatamaskin vil spanne kontinenter, overgå verdens raskeste
Redaktørens merknad: Denne historien ble oppdatert 24. oktober for å inkludere tanker fra IBM-forskere som ikke tror den nye studien demonstrerer kvanteoverlegenhet.
Mike Walls bok om leting etter fremmedliv, "Der ute"(Grand Central Publishing, 2018; illustrert av Karl Tate), er ute nå. Følg ham på Twitter @michaeldwall. Følg oss på Twitter @Spacedotcom eller Facebook.
