Artykuł jest domysłem na temat właściwości komputera kwantowego, co zostało ogłoszone przez Google. Firma twierdzi, że „komputer kwantowy był w stanie dokonać tego, co współczesne komputery zajęłyby tysiące lat”. Magazyn zadaje pytanie: czy zespół Google rozumie samochód, który stworzyli? I czy nie „zoptymalizuje” osoby?
W niedawnym artykule z laboratorium Google Quantum Computing Lab ogłoszono, że firma osiągnęła supremację kwantową. To tylko rozmowa, ale co to wszystko oznacza?
W 2012 roku ukułem termin „wyższość kwantowa” dla punktu, w którym komputery kwantowe mogą robić to, czego nie potrafią klasyczne komputery - i niezależnie od użyteczności zadań. Tym nowym terminem chciałem podkreślić historycznie ważny czas, w którym żyjemy. To zaszczyt żyć w dobie rozwoju technologii informatycznych opartych na zasadach fizyki kwantowej.
Termin „wyższość kwantowa” - a właściwie samo zjawisko - wywołał wiele kontrowersji. I z dwóch powodów jednocześnie. Po pierwsze, słowo „wyższość” brzmi źle z politycznego punktu widzenia - wywołuje obrzydliwe skojarzenia z „białą wyższością”. Po drugie, termin ten tylko zaostrza ogólny szum wokół technologii kwantowych, a jest go już za dużo. Wciąż przewidziałem drugą, ale kompletnie przegapiłem pierwszą. Tak czy inaczej, termin utknął, a teraz zespół kwantowy w Google podszedł do niego z entuzjazmem.
Przeszedłem w głowie jeszcze kilka opcji, ale odrzuciłem wszystkie, uznając, że „wyższość kwantowa” najlepiej odzwierciedla sytuację. Zastanawiałem się także nad „przewagą kwantową” - i ten termin również został użyty. Ale jak na mój gust, „wyższość” wciąż brzmi dokładniej i przekonująco. Podczas wyścigu mówią o przewadze, nawet jeśli jeden koń wyprzedza drugiego o mniej niż ciało. Szybkość komputera kwantowego do niektórych zadań jest kilkakrotnie wyższa niż klasycznego. W każdym razie w teorii.
Niedawny artykuł Google jasno to ilustruje. Używając urządzenia z 53 kubitami (kwantowymi analogami bitów klasycznego komputera), byli w stanie wykonać obliczenia kwantowe w ciągu kilku minut, które zajęłyby tysiące lat w przypadku dzisiejszych najpotężniejszych superkomputerów. Jeśli to prawda, jest to wybitne osiągnięcie w fizyce eksperymentalnej i dowód bezprecedensowego rozwoju sprzętu kwantowego. Serdecznie gratuluję wszystkim uczestnikom eksperymentu.
Jest tu jednak haczyk. Zespół Google przyznaje, że problem, który ich maszyna rozwiązywała z zadziwiającą szybkością, został starannie wybrany, aby zademonstrować wyższość komputera kwantowego. Nie ma praktycznego sensu w rozwiązywaniu tego. Krótko mówiąc, komputer kwantowy wykonał losowo wybraną sekwencję instrukcji, po czym wszystkie kubity zostały zmierzone, otrzymując na wyjściu ciąg bitów. To jest obliczenie kwantowe bardzo małej struktury. Tak, takie zadanie jest niezwykle trudne dla klasycznego komputera, ale odpowiedź też nie jest zbyt znacząca.
A jednak wynik jest znakomity. Sprawdzając, czy dane wyjściowe ich komputera kwantowego są zgodne z danymi wyjściowymi klasycznego superkomputera (no cóż, jeśli operacja nie zajmie oczywiście tysięcy lat), zespół potwierdził, że rozumieją swoje urządzenie i że działa zgodnie z oczekiwaniami. Teraz, gdy ustaliliśmy, że sprzęt działa, można go załadować bardziej przydatnymi zadaniami.
Film promocyjny:
Dlaczego ważne jest, aby sprawdzać działanie sprzętu? Ponieważ bardzo trudno jest precyzyjnie kontrolować komputer kwantowy. W pewnym sensie zwykłe rozważenie systemu kwantowego nieuchronnie go narusza - słynna zasada nieoznaczoności Heisenberga w działaniu. Dlatego, chcąc wykorzystać taki system do przechowywania i niezawodnego przetwarzania informacji, musimy zachować jego niemal idealną izolację od świata zewnętrznego. Jednocześnie kubity muszą współdziałać ze sobą - chcemy przetwarzać dane. Ponadto musimy kontrolować system z zewnątrz i ostatecznie zmierzyć kubity, aby poznać wynik naszych obliczeń. Stworzenie systemu kwantowego spełniającego wszystkie te kryteria jest niezwykle trudne. Osiągnięcie aktualnych wyników wymagało wieloletniego postępu w dziedzinie materiałów,produkcja, rozwój i kontrola.
Osiągnięcie Google jest kamieniem milowym w rozwoju stosowanych komputerów kwantowych. Pomyślałem, że nadchodząca era potrzebuje osobnej nazwy - i wymyśliłem „hałaśliwy kwant poziomu pośredniego” lub NISQ. Rymuje się z ryzykiem. „Poziom średniozaawansowany” dotyczy rozmiarów komputerów kwantowych, które stają się coraz bardziej przystępne cenowo. W tym tempie wkrótce będą w stanie wykonywać zadania, które są zbyt ciężkie dla dzisiejszych superkomputerów. „Hałaśliwy” podkreśla niedoskonałą kontrolę i wynikające z niej awarie i błędy, które narastają w czasie. Nie możemy jeszcze przeprowadzić długich obliczeń - prawidłowa odpowiedź raczej nie zabłyśnie dla nas.
Zespół Google udowodnił, że można zbudować maszynę kwantową na tyle dużą i dokładną, aby rozwiązywać wcześniej niemożliwe zadania. Rozważmy to jako początek nowej ery - epoki hałaśliwych kwantów średniego poziomu lub NISQ.
Co się później stanie? Oczywiście Google i inni producenci sprzętu oczekują, że znajdą praktyczne zastosowania dla swoich urządzeń kwantowych. Mocniejszy komputer kwantowy pomoże naukowcom opracować nowe materiały i związki chemiczne lub ulepszyć narzędzia do uczenia maszynowego, ale hałaśliwy komputer kwantowy z kilkuset kubitami nie przyniesie wiele dobrego. Mamy jednak kilka praktycznych pomysłów na komputery NISQ, które zamierzamy wypróbować. W ten sposób uzyskamy lepsze metody optymalizacji i dokładniejsze symulacje fizyczne - chociaż tak naprawdę nie jesteśmy do końca pewni sukcesu. Ale nadal ciekawie będzie bawić się technologią NISQ, aby zobaczyć, co potrafi. Ja liczęże komputery kwantowe prędzej czy później zmienią nasze społeczeństwo - nawet jeśli jest to kwestia przyszłości.
W artykule z 2012 roku, w którym ukułem termin „supremacja kwantowa”, doszedłem do wniosku: „Jak to jest zarządzać wielkoskalowymi systemami kwantowymi? Po prostu „bardzo trudne” czy „absurdalnie trudne”? Jeśli to pierwsze, to po kilkudziesięciu latach ciężkiej pracy możemy odnieść sukces. Jeśli to drugie, zajmie to kilka stuleci, a nawet wtedy nie jest faktem, że zadziała”. Ostatnie postępy zespołu Google pozwalają przypuszczać, że mamy do czynienia z pierwszym przypadkiem - po prostu „bardzo trudnym”. Jeśli tak, w nadchodzących dziesięcioleciach pojawi się mnóstwo technologii kwantowych.
James O'Brien