Статията представлява предположение за свойствата на квантов компютър, обявено от Google. Компанията твърди, че „квантовият компютър е бил в състояние да постигне това, което на съвременните компютри би отнело хиляди години“. Списанието задава въпроса: разбира ли екипът на Google колата, която са създали? И няма ли да "оптимизира" човека?
В неотдавнашна статия от Google Quantum Computing Lab е обявено, че компанията е постигнала квантово надмощие. Това е просто говорене, но какво означава всичко това?
През 2012 г. въведох термина „квантово превъзходство“за точката, в която квантовите компютри могат да правят това, което класическите компютри не могат - и независимо от полезността на задачите. С този нов термин исках да подчертая какво исторически важно време живеем. За мен е чест да живея в ерата на развитието на информационните технологии, основана на принципите на квантовата физика.
Терминът „квантово превъзходство“- и всъщност самият феномен - предизвика много спорове. И по две причини наведнъж. Първо, думата "превъзходство" звучи зле от политическа гледна точка - предизвиква отвратителни асоциации с "бяло превъзходство". Второ, този термин само изостря общия сръб около квантовите технологии и вече има твърде много. Все още предвидих второто, но напълно пропуснах първото. Както и да е, терминът остана и сега квантовият екип в Google го прие с ентусиазъм.
Преминах още няколко варианта в главата си, но отхвърлих всички тях, като реших, че „квантовото превъзходство“отразява ситуацията по най-добрия начин. Размишлявах и над „квантовото предимство“- и този термин също влезе в употреба. Но за моя вкус "превъзходството" все още звучи по-точно и убедително. На състезанието те говорят за предимство дори когато единият кон изпревари другия с по-малко от тяло. Скоростта на квантов компютър за определени задачи е няколко пъти по-висока от класическата. На теория, така или иначе.
Скорошна статия в Google илюстрира това ясно. Използвайки устройство с 53 кубита (квантови аналози на битовете на класическия компютър), те успяха да извършат квантови изчисления за минути, които биха отнели хиляди години за най-мощните суперкомпютри днес. Ако това е вярно, тогава това е изключително постижение в експерименталната физика и доказателство за безпрецедентно развитие на квантовия хардуер. Искрено поздравявам всички участници в експеримента.
Тук обаче има уловка. Екипът на Google признава, че проблемът, който тяхната машина реши с удивителна скорост, беше внимателно избран, за да демонстрира превъзходството на квантов компютър. Няма практически смисъл в решаването му. Накратко, квантовият компютър изпълнява произволно избрана последователност от инструкции, след което всички кубити се измерват, получавайки битов низ на изхода. Това е квантово изчисление на много малка структура. Да, такава задача е изключително трудна за класически компютър, но отговорът също не е много смислен.
И въпреки това резултатът е изключителен. Проверявайки дали продукцията на техния квантов компютър съвпада с резултата на класически суперкомпютър (добре, ако операцията не отнеме хиляди години, разбира се), екипът потвърди, че те разбират устройството си и че той работи както се очаква. Сега, след като разбрахме, че хардуерът работи, той може да бъде зареден с по-полезни задачи.
Промоционално видео:
Защо е важно да проверите работата на оборудването? Защото е много трудно точно да се контролира квантов компютър. В известен смисъл простото разглеждане на квантова система неизбежно я нарушава - известният принцип на несигурност на Хайзенберг в действие. Ето защо, ако искаме да използваме такава система за съхраняване и надеждна обработка на информация, трябва да я държим почти идеално изолирана от външния свят. В същото време се нуждаем от кубитите, за да си взаимодействат помежду си - искаме да обработваме данни. Освен това трябва да контролираме системата отвън и в крайна сметка да измерваме кубитите, за да разберем резултата от нашите изчисления. Изключително трудно е да се създаде квантова система, която отговаря на всички тези критерии. За постигането на настоящите резултати бяха необходими много години напредък в областта на материалите,производство, развитие и контрол.
Постижението на Google е крайъгълен камък в развитието на приложни квантови компютри. Мислех, че настъпващата ера се нуждае от отделно име - и измислих „шумния междинно ниво квант“или NISQ. Рими с риск. „Средно ниво“е за размера на квантовите компютри, които стават все по-достъпни. С тази скорост те скоро ще могат да изпълняват задачи, които са твърде тежки за днешните суперкомпютри. „Шумни“подчертават несъвършения контрол и произтичащите от него повреди и грешки, които се натрупват във времето. Все още не можем да извършим дълго изчисление - малко вероятно е верният отговор да ни заблести.
Екипът на Google доказа, че е възможно да се изгради квантова машина, достатъчно голяма и точна, за да се решат невъзможни преди това задачи. Нека разгледаме това като начало на нова ера - ерата на шумни кванти от средно ниво или NISQ.
Какво ще се случи след това? Разбира се, Google и други производители на хардуер очакват да намерят практически приложения за своите квантови устройства. По-мощен квантов компютър ще помогне на учените да разработят нови материали и химически съединения или да подобрят инструментите за машинно обучение, но шумният квантов компютър с няколкостотин кубита ще донесе малко полза. Имаме обаче няколко практични идеи за NISQ компютри, които ще изпробваме. Правейки това, ще постигнем по-добри методи за оптимизация и по-точни симулации на физиката - въпреки че, в действителност, не сме съвсем сигурни в успеха. Но все пак ще бъде интересно да се играе с NISQ технология, за да се види какво може да направи. Брояче квантовите компютри рано или късно ще преобразят нашето общество - дори ако това е въпрос на бъдещето.
В статия от 2012 г., в която въведох термина „квантово надмощие“, обосновах „Какво е да управляваш мащабни квантови системи? Просто "много трудно" или "нелепо трудно"? Ако първите, след няколко десетилетия упорит труд можем да успеем. Ако последното, то ще отнеме няколко века и дори тогава не е факт, че ще работи. " Последните постижения на екипа на Google ни карат да вярваме, че се занимаваме с първия случай - просто "много трудно". Ако е така, през следващите десетилетия ще се появи изобилие от квантови технологии.
Джеймс О'Брайън
