Пояснення: що таке квантова перевага?

Квантова перевага — це віха, яку давно прагнули в обчислювальної техніки, і тепер Google оголосив, що досяг її. Подивіться на науку, яка стоїть за концепцією, і що було насправді досягнуто і скільки залишилося.

Компонент квантового комп’ютера Google у лабораторії Санта-Барбари, Каліфорнія, США. (Фото через Reuters)

Цього тижня Google оголосила, що досягла прориву під назвою квантове перевагу в обчислювальній техніці. Що це означає, і чому це важливо?

Отже, що таке квантова перевага?

Цей термін запропонував у 2012 році Джон Прескілл, професор теоретичної фізики Каліфорнійського технологічного інституту. Він описує момент, коли квантові комп’ютери можуть робити те, чого не можуть класичні комп’ютери. У випадку Google, дослідники з Каліфорнійського університету в Санта-Барбарі стверджували, що розробили процесор, для обчислення якого у класичного комп’ютера знадобилося 200 секунд.

Але що таке квантовий комп’ютер?

Наші традиційні комп’ютери працюють на основі законів класичної фізики, зокрема, використовуючи потік електрики. Квантовий комп’ютер, з іншого боку, прагне використовувати закони, які керують поведінкою атомів і субатомних частинок. У цьому крихітному масштабі багато законів класичної фізики перестають діяти, і вступають у дію унікальні закони квантової фізики.

Розробка такого комп’ютера була метою вчених протягом майже чотирьох десятиліть. У 1981 році фізик Річард Фейнман писав: «Спроба знайти комп’ютерну симуляцію фізики здається мені чудовою програмою для наслідування… Природа не є класичною… і якщо ви хочете зробити моделювання природи, вам краще». зробити його квантовою механікою, і це чудова проблема, бо виглядає не так просто.

Яку різницю має таке моделювання?

Мова йде про швидкість обробки. Давайте подивимося, як класичний комп’ютер обробляє інформацію. Біти інформації зберігаються як 0 або 1. Кожен рядок таких цифр (бітових рядків) представляє унікальний символ або інструкцію; наприклад, 01100001 позначає нижній регістр a.

У квантовому комп’ютері інформація зберігається в квантових бітах, або кубітах. А кубіт може бути як 0, так і 1 одночасно. Квантова фізика включає поняття, які навіть фізики описують як дивні. На відміну від класичної фізики, в якій об’єкт може існувати в одному місці одночасно, квантова фізика розглядає ймовірності знаходження об’єкта в різних точках. Існування в декількох станах називається суперпозицією, а відносини між цими станами називають заплутаністю.

Чим більше кубітів, тим більше в них зберігається інформації. У порівнянні з інформацією, що зберігається в тій самій кількості біт, інформація в кубітах зростає експоненціально. Саме це робить квантовий комп’ютер таким потужним. І все ж, як писав Preskill з Caltech у 2012 році, створення надійного квантового обладнання є складним завданням через складність точного керування квантовими системами.

Сундар Пічаї з одним із квантових комп’ютерів Google у лабораторії Санта-Барбари, Каліфорнія, США. (Фото через Reuters)

Це те, чого досяг Google?

Дослідники продемонстрували, на що здатний квантовий комп’ютер. Вони побудували архітектуру з 54 кубітів за допомогою Sycamore, квантового комп’ютера Google. Хоча один з них не працював, інші 53 кубіти були заплутані в стані суперпозиції.

Команда склала випадкову послідовність приблизно з 1000 операцій. Кожного разу, коли вони потім запускали цей випадковий алгоритм, квантовий комп’ютер виробляв бітовий рядок.

Тепер деякі бітові рядки зустрічаються частіше, ніж інші, і можна визначити, які з них є більш імовірними. Однак чим складніша випадкова квантова схема, тим важче класичному комп’ютеру ідентифікувати вірогідні бітові рядки — і складність зростала в геометричній прогресії. Першість було досягнуто, коли вони продемонстрували, що квантовому процесору знадобилося всього 200 секунд для обчислення надскладного випадкового алгоритму, тоді як найшвидшому суперкомп’ютеру знадобилося б 10 000 років, повідомляє Google в електронному листі.

Читайте також | Квантова перевага в обчислювальній техніці: випробування проведено, реальне використання ще далеко

Отже, яка користь від цього?

Жодного, що стосується практичного застосування. Виконане завдання не дуже важливе для цього етапу; Це набагато більше про те, що віха сталася в першу чергу, йдеться в електронному листі від Google. Як аналогію в ньому цитувалися брати Райт: щоб вони продемонстрували, що авіація можлива, важливо було не так, куди прямує літак, де він злетів і приземлився, а те, що він взагалі міг літати.

Чи всі переконані?

IBM оскаржила твердження Google про те, що його квантовий розрахунок не може бути виконаний традиційним комп’ютером. У своєму блозі IBM стверджує, що обчислення, описані дослідниками Google, можуть бути виконані існуючим комп’ютером менш ніж за два з половиною дні, а не за 10 000 років.

До речі, сама IBM заявила про прорив у квантових обчисленнях у четвер. Її дослідники зробили прорив у контролі квантової поведінки окремих атомів, продемонструвавши новий універсальний будівельний блок для квантових обчислень, повідомляє IBM на своєму веб-сайті. Стаття опублікована в журналі Science. Дослідження Google з’явилося в Nature.

Не пропустіть Пояснення | Душйант Чаутала: Цей 31-річний «будда» не за віком, він спілкується з усіма

Що далі?

Вчені прагнуть покращити свою роботу, включаючи виявлення та виправлення помилок. Університет Каліфорнії в Санта-Барбарі відзначив, що дослідження вже досягло цілком реального інструменту для генерування випадкових чисел. Випадкові числа можуть бути корисними в різних сферах, включаючи захист зашифрованих ключів для розшифрування, що може бути потенційно важкою проблемою для урядів.

Одного дня квантові комп’ютери можуть призвести до величезного прогресу в наукових дослідженнях і техніці. Серед областей, які можуть отримати переваги, є штучний інтелект і нові види медикаментозної терапії. Однак до всього цього ще далеко.

Поділіться Зі Своїми Друзями: