Sycamore от Google превосходит лучший суперкомпьютер по достижению "квантового превосходства"

Sycamore - это квантовый компьютер, над разработкой которого компания Google потратила годы.

Как и традиционные компьютеры, квантовые компьютеры производят двоичный код, но они делают это, используя уникальные явления квантовой механики.

Скорее всего, пройдут годы, прежде чем квантовые вычисления найдут применение в повседневных технологиях, но недавнее достижение является важным подтверждением концепции.

Квантовый компьютер, разработанный Google, достиг « квантового превосходства » после того, как ему потребовалось 200 секунд на решение сложной проблемы, для решения которой, по словам компании, суперкомпьютеру потребуется 10 000 лет.

В сообщении в блоге, опубликованном в среду, ученые из Google описали это достижение как «важную веху» в квантовых вычислениях, демонстрирующую, что разработки компании «движутся в правильном направлении». Тем не менее, успех квантового компьютера Google, получившего название Sycamore, не означает, что в ближайшее время мы все перейдем на квантовые компьютеры. Это отчасти потому, что термин «квантовое превосходство» вводит в заблуждение.

Но сначала давайте кратко рассмотрим, как работают квантовые компьютеры.

Чем квантовые компьютеры отличаются от традиционных компьютеров

Как и традиционные компьютеры, квантовые компьютеры создают двоичный код для выполнения вычислительных функций. Но вместо того, чтобы использовать транзисторы для представления единиц и нулей, как это делают традиционные компьютеры, квантовые компьютеры, такие как Sycamore, используют квантовые биты или «кубиты».

Кубиты - это чрезвычайно крошечные части оборудования, которые действуют как субатомные частицы, используя квантовые явления, такие как запутанность, суперпозиция и интерференция. Кубиты могут представлять собой единицы и нули. Но благодаря суперпозиции кубиты также могут представлять несколько состояний одновременно, что означает, что они могут выполнять вычисления намного быстрее, чем традиционные компьютеры. Это то, что недавно помогло Sycamore превзойти суперкомпьютер.

Сикамор достиг «квантового превосходства», которое происходит, когда квантовый компьютер может делать то, что не может делать традиционный компьютер. Чтобы пройти этот тест, инженеры Google сравнивают Sycamore с ведущим в мире суперкомпьютером Summit, который расположен в Национальной лаборатории Ок-Ридж в Теннесси.

«Summit в настоящее время является ведущим суперкомпьютером в мире, способным выполнять около 200 миллионов миллиардов операций в секунду», - написал Уильям Оливер, физик из Массачусетского технологического института, в статье «Новости и обзоры» для журнала Nature .

Но соревнование между Sycamore и Summit включало очень специфическую задачу, которая была специально разработана, чтобы дать конкурентное преимущество квантовому компьютеру, подобному Sycamore.

Победа над ведущим суперкомпьютером в мире

Задача заключалась в оценке вероятности того, что процессор будет генерировать одни «битовые строки» чаще, чем другие. По мере того, как вы продолжаете добавлять информацию в уравнение, традиционным компьютерам становится экспоненциально сложно проводить вычисления. (Подробнее об эксперименте можно прочитать здесь .)

«Мы выполнили фиксированный набор операций, которые запутывают 53 кубита в сложное суперпозиционное состояние», - сказал Science Daily Бен Кьяро, аспирант-исследователь из Martinis Group, проводившей эксперимент . «Это состояние суперпозиции кодирует распределение вероятностей. Для квантового компьютера подготовка этого состояния суперпозиции осуществляется путем применения последовательности из десятков управляющих импульсов к каждому кубиту за считанные микросекунды. Мы можем подготовить, а затем выполнить выборку из этого распределения, измерив миллион кубитов за 200 секунд ".

«Для классических компьютеров гораздо сложнее вычислить результат этих операций, потому что для этого требуется вычислить вероятность нахождения в любом из 2 ^ 53 возможных состояний, где 53 зависит от количества кубитов - экспоненциального масштабирования Вот почему люди с самого начала интересуются квантовыми вычислениями », - сказал Science Daily Брукс Фоксен, другой аспирант-исследователь из Martinis Group . «Это делается путем умножения матриц, что для классических компьютеров дорого, так как матрицы становятся большими».

Но специфика этой задачи заставила некоторых усомниться в полезности квантовых компьютеров, таких как Sycamore.

«Одна критика, которую мы часто слышим, заключается в том, что мы придумали эту надуманную задачу тестирования производительности - [Sycamore] пока не делает ничего полезного», - сказал Хартмут Невен, технический директор Google, на мероприятии для прессы в среду. «Вот почему нам нравится сравнивать это с моментом спутника. Спутник тоже мало что сделал. Все, что он сделал, - это облетел Землю. Тем не менее, это было началом космической эры».

Доказательство концепции квантовых вычислений

Хотя могут пройти десятилетия, прежде чем мы увидим квантовые вычисления на повседневных устройствах, Sycamore служит доказательством концепции того, что существует такая форма вычислений, которая может значительно превзойти традиционные вычисления.

«Эта демонстрация квантового превосходства над современными ведущими классическими алгоритмами на самых быстрых суперкомпьютерах в мире является поистине выдающимся достижением и важной вехой для квантовых вычислений», - написал Оливер в своей статье для Nature . «Экспериментально предполагается, что квантовые компьютеры представляют собой модель вычислений, которая в корне отличается от модели классических компьютеров. Кроме того, он борется с критикой в ??отношении управляемости и жизнеспособности квантовых вычислений в чрезвычайно большом вычислительном пространстве (содержащем не менее 253 используемых здесь состояний. ). "

Источник: bigthink.com

Комментарии: