Обяснено: Какво е квантово надмощие?

Квантовото надмощие е крайъгълен камък, който отдавна се търси в компютрите и сега Google обяви, че го е достигнал. Поглед към науката зад концепцията и какво наистина е постигнато и колко остава.

Компонент от квантовия компютър на Google в лабораторията в Санта Барбара, Калифорния, САЩ. (Снимка чрез Reuters)

Тази седмица Google обяви, че е постигнал пробив, наречен квантово надмощие в компютрите. Какво означава това и защо е важно?

И така, какво е квантовото надмощие?

Това е термин, предложен през 2012 г. от Джон Прескил, професор по теоретична физика в Калифорнийския технологичен институт. Той описва точката, в която квантовите компютри могат да правят неща, които класическите компютри не могат. В случая на Google, изследователи от Калифорнийския университет в Санта Барбара твърдят, че са разработили процесор, на който са били необходими 200 секунди, за да направи изчисление, което би отнело на класическия компютър 10 000 години.

Но какво е квантов компютър?

Нашите традиционни компютри работят въз основа на законите на класическата физика, по-специално като използват потока на електричество. Квантовият компютър, от друга страна, се стреми да използва законите, които управляват поведението на атомите и субатомните частици. В този малък мащаб много закони на класическата физика престават да се прилагат и уникалните закони на квантовата физика влизат в игра.

Разработването на такъв компютър е цел на учените от близо четири десетилетия. През 1981 г. физикът Ричард Файнман пише: Опитът да се намери компютърна симулация на физиката ми се струва отлична програма за следване... Природата не е класическа... и ако искате да направите симулация на природата, по-добре направете го квантово механичен и за Бога това е прекрасен проблем, защото не изглежда толкова лесно.

Каква разлика би имала такава симулация?

Става дума за скоростта на обработка. Нека разгледаме как класическият компютър обработва информация. Битовете информация се съхраняват като 0 или 1. Всеки низ от такива цифри (битови низове) представлява уникален знак или инструкция; например 01100001 представлява малка буква a.

В квантов компютър информацията се съхранява в квантови битове или кубити. И един кубит може да бъде както 0, така и 1 едновременно. Квантовата физика включва концепции, които дори физиците описват като странни. За разлика от класическата физика, в която обект може да съществува на едно място в даден момент, квантовата физика разглежда вероятностите обект да бъде в различни точки. Съществуването в множество състояния се нарича суперпозиция, а връзките между тези състояния се наричат ​​заплитане.

Колкото по-голям е броят на кубитите, толкова по-голямо е количеството информация, съхранявана в тях. В сравнение с информацията, съхранявана в същия брой битове, информацията в кубити нараства експоненциално. Това прави квантовия компютър толкова мощен. И все пак, както Preskill на Caltech писа през 2012 г., изграждането на надежден квантов хардуер е предизвикателство поради трудността да се контролират точно квантовите системи.

Сундар Пичай с един от квантовите компютри на Google в лабораторията в Санта Барбара, Калифорния, САЩ. (Снимка чрез Reuters)

Това ли е постигнал Google?

Изследователите показаха на какво е способен квантовият компютър. Те изградиха архитектура от 54 кубита с Sycamore, квантовия компютър на Google. Докато един от тях не работи, останалите 53 кубита бяха заплетени в състояние на суперпозиция.

Екипът състави произволна последователност от около 1000 операции. Всеки път, когато след това стартираха този произволен алгоритъм, квантовият компютър щеше да произведе бит низ.

Сега е по-вероятно да се появят някои битови низове от други и е възможно да се идентифицира кои от тях са по-вероятни. Въпреки това, колкото по-сложна е произволната квантова верига, толкова по-трудно е за класическия компютър да идентифицира по-вероятните битови низове - и трудността нараства експоненциално. Превъзходството беше постигнато, когато те демонстрираха, че на квантовия процесор са му били необходими само 200 секунди, за да изчисли супер сложен произволен алгоритъм, докато на най-бързия суперкомпютър ще са били необходими 10 000 години, пише Google в имейл.

Прочетете също | Квантовото надмощие в изчисленията: Тестът е извършен, реалната употреба е далеч

И така, каква полза има това?

Няма, що се отнася до практическите приложения. Изпълнената задача не е много важна за този етап; става дума много повече за факта, че крайъгълният камък се е случил на първо място, се казва в имейла от Google. В него се цитират братята Райт като аналогия: за да демонстрират, че авиацията е възможна, не беше толкова важно къде се е насочил самолетът, къде излита и каца, а дали изобщо е в състояние да лети.

Всички ли са убедени?

IBM оспори твърдението на Google, че нейното квантово изчисление не може да бъде извършено от традиционен компютър. В публикация в блог IBM твърди, че изчислението, описано от изследователите на Google, може да бъде постигнато от съществуващ компютър за по-малко от два дни и половина, а не за 10 000 години.

Между другото, самата IBM заяви пробив в квантовите изчисления в четвъртък. Нейните изследователи направиха пробив в контролирането на квантовото поведение на отделните атоми, демонстрирайки нов универсален градивен елемент за квантово изчисление, съобщи IBM на своя уебсайт. Документът е публикуван в списание Science. Изследването на Google се появява в Nature.

Не пропускайте от Explained | Душян Чаутала: Стар над възрастта си, този 31-годишен „буда“ се свързва с всички

Какво следва?

Учените се стремят да подобрят работата си, включително откриване и коригиране на грешки. Калифорнийският университет в Санта Барбара отбеляза, че изследването вече е постигнало много реален инструмент за генериране на произволни числа. Случайните числа могат да бъдат полезни в различни области - включително защита на криптирани ключове за декриптиране, което може да бъде потенциално труден проблем за правителствата.

Един ден квантовите компютри могат да доведат до огромен напредък в научните изследвания и технологиите. Сред областите, които могат да спечелят, са изкуственият интелект и новите лекарствени терапии. Всичко това обаче е далеч.

Споделете С Приятелите Си: