211service.com
Google uzskata, ka tas ir tuvu kvantu pārākumam. Lūk, ko tas īsti nozīmē.
Septiņdesmit divi var nebūt liels skaits, bet kvantu skaitļošanas izteiksmē tas ir milzīgs. Šonedēļ Google atklāta Bristlecone, jauna kvantu skaitļošanas mikroshēma ar 72 kvantu bitiem jeb kubitiem — kvantu mašīnas skaitļošanas pamatvienībām. Kā liecina mūsu kubitu skaitītājs un laika skala, iepriekšējais rekordists ir tikai 50 kubitu procesors, par kuru IBM paziņoja pagājušajā gadā.
Džons Martiniss, kurš vada Google centienus, saka, ka viņa komandai joprojām ir jāveic vairāk testu, taču viņš uzskata, ka ir diezgan iespējams, ka šogad, iespējams, pat pēc dažiem mēnešiem, jaunā mikroshēma var sasniegt kvantu pārākumu. Tas ir punkts, kurā kvantu dators var veikt aprēķinus, kas nav pieejami mūsdienu ātrākajiem superdatoriem.
Kad Google vai cita komanda beidzot paziņos par panākumiem, gaidiet virsrakstu plūdus par jaunas un aizraujošas ēras rītausmu. Domājams, ka kvantu datori palīdzēs mums atklāt jaunus medikamentus un radīt jaunus materiālus, kā arī apgriezt kriptogrāfiju.
Taču realitāte ir sarežģītāka. Jums būs grūti atrast jebkuru [pētnieku], kuram patīk termins “kvantu pārākums”, saka Saimons Bendžamins, Oksfordas universitātes kvantu eksperts. Tas ir ļoti āķīgi, taču tas ir nedaudz mulsinoši un pārspēj kvantu datoru iespējas.
Kvantu celtniecības bloki
Lai saprastu, kāpēc, neliels priekšvēsture. Kvantu datoru burvība slēpjas šajos kubitos. Atšķirībā no klasisko datoru bitiem, kas glabā informāciju kā vai nu viens vai 0 , kubiti var pastāvēt vairākos stāvokļos viens un 0 tajā pašā laikā — parādība, kas pazīstama kā superpozīcija. Viņi var arī ietekmēt viens otru pat tad, ja tie nav fiziski saistīti, izmantojot procesu, kas pazīstams kā sapīšanās.
Tas nozīmē, ka, lai gan daži papildu biti rada tikai nelielas atšķirības attiecībā uz klasiskā datora jaudu, papildu kubitu pievienošana kvantu mašīnai var palielināt tā skaitļošanas jaudu eksponenciāli. Tāpēc principā nav vajadzīgs tik daudz kubitu, lai pārspētu pat jaudīgākos mūsdienu superdatorus.
Tomēr, lai izveidotu kubitus, ir vajadzīgi brīnišķīgi inženierijas varoņdarbi, piemēram, supravadošu ķēžu izveide, kas tiek uzturētas temperatūrā, kas ir zemāka par kosmosu (Google izmanto pieeja). Tas ir nepieciešams, lai tos izolētu no ārpasaules. Temperatūras izmaiņas vai mazākās vibrācijas — parādības, kas pazīstamas kā troksnis — var izraisīt kubitu dekoherēšanu vai to trauslā kvantu stāvokļa zaudēšanu. Tā notiek, aprēķinos ātri iekļūst kļūdas.
Un jo lielāks ir kubitu skaits, jo vairāk kļūdu. Tos var labot, izmantojot papildu kubitus vai gudru programmatūru, taču tas ievērojami samazina iekārtas skaitļošanas jaudu. Dažu pēdējo gadu laikā superdzesēšanas tehnoloģiju un citu jomu attīstība ir palielinājusi to kubitu skaitu, kurus var izveidot un efektīvi pārvaldīt. Bet tā joprojām ir pastāvīga cīņa starp spēku un sarežģītību.
Cerības sasniegt kvantu pārākumu ir bijušas sagrautas iepriekš. Kādu laiku pētnieki domāja, ka pietiks ar 49 kubitu mašīnu, taču pagājušajā gadā IBM pētnieki spēja simulēt 49 kubitu kvantu sistēmu parastā datorā (skatiet Jauni pavērsieni ceļā uz kvantu pārākumu ). Arī parastie datori nestāv uz vietas: jo īpaši Ķīna ir ieguldījusi lielus līdzekļus tehnoloģijā un tagad lepojas ar divām pasaulē jaudīgākajām iekārtām.
Google lielais brīdis
Tomēr, saka Daniels Gotesmans no Perimetra teorētiskās fizikas institūta Kanādā, lai gan labāki algoritmi un digitālie datori varētu nedaudz mainīt pārākuma slieksni, visticamāk, būtu nepieciešami tikai daži papildu kubiti, lai kvantu mašīna tos patiešām apsteigtu. Ar Bristlecone 72 kubitiem ir daudz ugunsspēka, ar ko spēlēties.
Izmantojot Bristlecone, Martinis un viņa kolēģi plāno veikt testu, kura mērķis ir demonstrēt kvantu pārākumu. Stingrā etalona definīcija ir tāda, ka parastajam datoram nav iespējams veikt šo uzdevumu. Bet tas rada sarežģītu problēmu: kā jūs patiešām zināt, vai kvantu dators ir radījis pareizu atbildi, ja nevarat to pārbaudīt ar tādu, kurā tiek izmantoti silīcija biti?
Lai to atrisinātu, Google komanda plāno iet tikai uz malu, izmantojot kvantu mašīnu, lai atrisinātu algoritmu mūsdienu superdatoru iespēju robežās. Varat arī parādīt, ka algoritms ir eksponenciāli sarežģīts, skaidro Martinis. Pievienojot vēl tikai vienu kubitu, kvantu ierīce ievērojami pārsniegtu to, ko parastā iekārta varētu apstrādāt jebkurā saprātīgā laikā.
Vārdu spēle
Pat ja Google sasniegs maģisko etalonu, kvantu mašīnu pārvaldības sarežģītība un izmaksas ierobežos to noderīgumu.
Lai gan ir daži potenciāli daudzsološi lietojumi, piemēram, precīza molekulu projektēšana (skatiet 10 Breakthrough Technologies 2018), klasiskās mašīnas joprojām būs labākas, ātrākas un daudz ekonomiskākas, lai atrisinātu lielāko daļu problēmu. Kvantu datora izmantošana būtu kā liela lidmašīna, lai šķērsotu ceļu, saka Oksfordas universitātes Bendžamins.
Viņš ierosina, ka nevis par kvantu pārākumu, bet gan par kvantu neatkārtojamības sasniegšanu, citiem vārdiem sakot, par konkrētiem uzdevumiem, ko var veikt tikai kvantu datori. Citi pētnieki ir ierosinājuši tādus nosaukumus kā kvantu priekšrocība vai kvantu augšupeja.
Semantikai ir nozīme. Tehnoloģijas, piemēram, AI, izgāja cauri vairākiem ažiotāžas cikliem, pirms tās patiešām pacēlās. Pastāv risks, ka, ja tagad tiek izvirzītas pārāk augstas cerības, kvantu mašīnas tās neattaisnos (skatiet sadaļu Nopietni kvantu datori beidzot ir šeit. Ko mēs ar tiem darīsim? ). Tas varētu izraisīt investoru aizplūšanu, kuri kvantu jaunizveidotiem uzņēmumiem ir ieguldījuši miljoniem dolāru.
Saistīts stāsts
Saistīts stāsts Pat kvantu pārākuma aizsācējs mēģina mazināt troksni, ko viņš palīdzēja radīt. Džons Preskils, Kalifornijas Tehnoloģiju institūta teorētiskais fiziķis, 2011. gadā runāja šo terminu. Šā gada janvārī viņš publicēja papīrs kurā viņš teica, ka kvantu skaitļošana gatavojas ieiet fāzē, ko viņš nosauca par NISQ jeb trokšņainu starpposma kvantu, kur mašīnām būs 50 līdz daži simti kubitu. “Trokšņains,” viņš rakstīja, nozīmē, ka mums būs nepilnīga kontrole pār šiem kubitiem; troksnis radīs nopietnus ierobežojumus tam, ko kvantu ierīces var sasniegt tuvākajā laikā. Preskills sacīja, ka viņš joprojām ir pārliecināts, ka kvantu datoriem būs pārveidojoša ietekme uz sabiedrību, taču viņš atzīst, ka līdz pārveidei vēl var būt nepieciešamas vairākas desmitgades.
Trokšņa problēma ir strīdīgs jautājums. Gils Kalai, Jeruzalemes Ebreju universitātes profesors, ir strīdējies ka trokšņa radītās problēmas ir tik lielas, ka tās neļaus kvantu mašīnām kādreiz kļūt patiešām noderīgām. Daudzi eksperti nepiekrīt. Troksni var pārvaldīt, saka Endrjū Čailds, Merilendas Universitātes Apvienotā kvantu informācijas un datorzinātņu centra līdzdirektors. Jums tikai jāsaprot, cik daudz jūs to varat paciest.
Google Martinis arī apzinās, ka cerības ir jāpārvalda. Algoritms, ko viņa komanda plāno izmantot, ir ļoti specifisks, lai pārbaudītu kvantu mašīnu iespējas, nevis lai sasniegtu kaut ko praktisku. Tiklīdz mēs nonāksim pie kvantu pārākuma, viņš saka, mēs vēlēsimies parādīt, ka kvantu mašīna var darīt kaut ko patiešām noderīgu.