Google tok nettopp et kvantesprang i informatikk. Ved å bruke selskapets moderne kvantecomputer, kalt Sycamore, har Google hevdet "kvanteoverlegenhet" over de kraftigste superdatamaskiner i verden ved å løse et problem som anses å være praktisk talt umulig for normale maskiner.
Kvantecomputeren fullførte den komplekse beregningen på 200 sekunder. Den samme beregningen vil ta til og med de kraftigste superdatamaskinene omtrent 10 000 år å fullføre, skrev forskerteamet, ledet av John Martinis, en eksperimentell fysiker ved University of California, Santa Barbara, i sin studie publisert onsdag (23. oktober) i tidsskriftet Nature.
"Det er sannsynlig at den klassiske simuleringstiden, som for øyeblikket er estimert til 10.000 år, vil bli redusert av forbedret klassisk maskinvare og algoritmer," sa Brooks Foxen, en forsker på forskerstuen i Martinis laboratorium, i en uttalelse. "Men siden vi for øyeblikket er 1,5 billioner ganger raskere, føler vi oss komfortable med å gjøre krav på denne bragden," la han til og refererte til overmakten til kvantecomputere.
Kvantedatamaskiner utnytter kvikkmekanikkens uhyggelige fysikk for å løse problemer som ville være ekstremt vanskelig, om ikke umulig, for klassiske, halvlederbaserte datamaskiner å løse.
Beregningen som Google valgte å erobre er kvanteekvivalenten til å generere en veldig lang liste med tilfeldige tall og sjekke verdiene en million ganger over. Resultatet er en løsning som ikke er spesielt nyttig utenfor kvantemekanikkens verden, men det har store konsekvenser for prosessorkraften til en enhet.
Styrke i usikkerhet
Vanlige datamaskiner utfører beregninger ved å bruke "biter" av informasjon, som, som av / på-brytere, kan eksistere i bare to tilstander: enten 1 eller 0. Kvantedatamaskiner bruker kvantebits, eller "qubits", som kan eksistere som begge 1 og 0 samtidig. Denne bisarre konsekvensen av kvantemekanikk kalles en superposisjonstilstand og er nøkkelen til kvantemaskinens fordel fremfor klassiske datamaskiner.
For eksempel kan et par biter lagre bare en av fire mulige kombinasjoner av tilstander (00, 01, 10 eller 11) til enhver tid. Et par qubits kan lagre alle de fire kombinasjonene samtidig, fordi hver qubit representerer begge verdiene (0 og 1) på samme tid. Hvis du legger til flere qubits, vokser datamaskinens kraft eksponentielt. Tre qubits lagrer åtte kombinasjoner, fire qubits lager 16, og så videre. Googles nye datamaskin med 53 qubits kan lagre 253 verdier, eller mer enn 10.000.000.000.000.000.000 (10 kvadrillioner) kombinasjoner. Dette tallet blir enda mer imponerende når en annen grunnleggende og like bisarre egenskap av kvantemekanikk kommer inn i showet: sammenfiltrede tilstander.
I et fenomen som Albert Einstein beskriver som "nifs handling på avstand", kan partikler som har samvirket på et eller annet tidspunkt bli viklet inn. Dette betyr at å måle tilstanden til den ene partikkelen gjør at du samtidig kan kjenne tilstanden til den andre, uavhengig av avstanden mellom partiklene. Hvis qubits på en kvantecomputer er sammenfiltret, kan de alle måles samtidig.
Googles kvantecomputer består av mikroskopiske kretser av superledende metall som vikler 53 qubits i en kompleks superposisjonstilstand. De sammenfiltrede qubits genererer et tilfeldig tall mellom null og 253, men på grunn av kvanteforstyrrelser dukker noen tilfeldige tall opp mer enn andre. Når datamaskinen måler disse tilfeldige tallene millioner ganger, oppstår et mønster fra deres ujevn fordeling.
"For klassiske datamaskiner er det mye vanskeligere å beregne resultatet av disse operasjonene, fordi det krever beregning av sannsynligheten for å være i en av de 253 mulige tilstandene, der 53 kommer fra antall qubits - den eksponentielle skaleringen er grunnen folk er interessert i kvanteberegning til å begynne med, "sa Foxen.
Ved å utnytte de rare egenskapene til kvanteforvikling og superposisjon produserte Martinis laboratorium dette distribusjonsmønsteret ved hjelp av Sycamore-brikken på 200 sekunder.
På papiret er det enkelt å vise hvorfor en kvantecomputer kan utkonkurrere tradisjonelle datamaskiner. Å demonstrere oppgaven i den virkelige verden er en annen historie. Mens klassiske datamaskiner kan stable millioner av operasjonsbiter i prosessorene sine, sliter kvantedatamaskiner med å skalere antall qubits de kan operere med. Innfiltrede qubits blir uoversiktlige etter korte perioder og er utsatt for støy og feil.
Selv om denne Google-prestasjonen absolutt er en bragd i kvanteberegningens verden, er feltet fremdeles i sin spede begynnelse, og praktiske kvantedatamaskiner forblir langt i horisonten, sa forskerne.
- Bilder: Store tall som definerer universet
- 9 tall som er kjøligere enn Pi
- 8 måter du kan se Einsteins relativitetsteori i det virkelige liv
