Sycamore - это квантовый компьютер, на разработку которого Google потратил годы.
Как и традиционные компьютеры, квантовые компьютеры создают двоичный код, но они делают это, используя уникальные явления квантовой механики.
Вероятно, пройдут годы, прежде чем квантовые вычисления найдут применение в повседневных технологиях, но недавнее достижение является важным доказательством концепции.
Квантовый компьютер, разработанный Google, достиг «квантового превосходства», потратив 200 секунд на решение сложной проблемы, которая, по словам компании, займет суперкомпьютер за 10 000 лет.
В публикации в блоге, опубликованной в среду, ученые из Google описали это достижение как «важную веху» в квантовых вычислениях, которая демонстрирует, что проекты компании «движутся в правильном направлении». Тем не менее, успех квантового компьютера Google, получившего название Sycamore, не означает, что мы все скоро перейдем на квантовые компьютеры. Это отчасти потому, что термин «квантовое превосходство» несколько вводит в заблуждение.
Но сначала 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 использования транзисторов для представления единиц и нулей, как это делают традиционные компьютеры, квантовые компьютеры, такие как Sycamore, используют квантовые биты или «кубиты».
Кубиты - это очень маленькие аппаратные части, которые действуют как субатомные частицы, используя квантовые явления, такие как запутывание, суперпозиция и интерференция. Кубиты могут представлять единицы и нули. Но благодаря суперпозиции кубиты также могут одновременно представлять несколько состояний, что означает, что они могут выполнять вычисления намного быстрее, чем традиционные компьютеры. Именно это помогло Sycamore недавно превзойти суперкомпьютер.
Sycamore достиг «квантового превосходства», которое происходит, когда квантовый компьютер может делать то, что не может сделать традиционный компьютер. Чтобы пройти этот тест, инженеры Google сравнивают Sycamore с ведущим в мире суперкомпьютером Summit, который находится в Национальной лаборатории Ок-Риджа в штате Теннесси.
« Summit в настоящее время является ведущим в мире суперкомпьютером, способным выполнять около 200 миллионов миллиардов операций в секунду», - написал физик из Массачусетского технологического института Уильям Оливер в статье «News and Views» для Nature.
Но соревнование между Sycamore и Summit включало в себя весьма специфическую задачу, которая была специально разработана, чтобы дать конкурентное преимущество квантовому компьютеру, как Sycamore.
Победа над ведущим суперкомпьютером в мире
Задача заключалась в оценке вероятности того, что процессор будет генерировать одни «цепочки битов» чаще, чем другие. По мере того, как вы продолжаете добавлять информацию в уравнение, для традиционных компьютеров становится сложно выполнять вычисления.
«Мы выполнили фиксированный набор операций, который запутывает 53 кубита в сложное состояние суперпозиции», - сказал Science Chi научный сотрудник аспирантской группы Martinis Group Бен Чиаро. «Это состояние суперпозиции кодирует распределение вероятностей. Для квантового компьютера подготовка этого состояния суперпозиции выполняется путем применения последовательности десятков управляющих импульсов к каждому кубиту в течение микросекунд. Мы можем подготовить и затем произвести выборку из этого распределения, измеряя кубиты миллион раз за 200 секунд. "
«Для классических компьютеров гораздо сложнее вычислить результат этих операций, потому что это требует вычисления вероятности нахождения в любом из 2 ^ 53 возможных состояний, где 53 происходит из числа кубитов - экспоненциальное масштабирование Именно поэтому люди интересуются квантовыми вычислениями, - сказал Science Daily Брукс Фоксен, другой исследователь аспирантов в Martinis Group. «Это делается с помощью умножения матриц, что дорого для классических компьютеров, поскольку матрицы становятся большими».
Но специфика этой задачи заставила некоторых усомниться в полезности квантовых компьютеров, таких как Sycamore.
«Одна критика, которую мы часто слышали, заключается в том, что мы решили эту искусственную проблему с эталонным тестом - [Sycamore] пока не делает ничего полезного», - сказал Хартмут Невен, технический директор Google на пресс-конференции в среду. «Вот почему нам нравится сравнивать его со спутником. Спутник тоже мало что делал. Все, что он делал, это круг Земли. И все же это было начало космической эры».
Доказательство концепции квантовых вычислений
Несмотря на то, что могут пройти десятилетия, пока мы не увидим квантовые вычисления для питания повседневных устройств, Sycamore служит доказательством концепции о том, что существует такая форма вычислений, которая потенциально может значительно превзойти традиционные вычисления.
«Эта демонстрация квантового превосходства над ведущими сегодня классическими алгоритмами на самых быстрых в мире суперкомпьютерах является действительно замечательным достижением и вехой для квантовых вычислений», - написал Оливер в своей статье для Nature. «Экспериментально предполагает, что квантовые компьютеры представляют модель вычислений, которая принципиально отличается от модели классических компьютеров. Она также дополнительно борется с критикой в отношении управляемости и жизнеспособности квантовых вычислений в необычайно большом вычислительном пространстве (содержащем по крайней мере 253 состояния, использованных здесь )
