Новости о квантовой физике, физик-теоретик Франкфуртского института Сабина Хоссенфельдер, говорит - о том, что Google объявит о чем-то особенном на следующей неделе: их статья о достижении квантового превосходства, о реализации квантового компьютера, превосходящего его обычного аналога. Этот разговор о квантовом превосходстве может показаться знакомым, поскольку в середине сентября (прошлого года) НАСА, которое внесло свой вклад в статью, непреднамеренно загрузило, а затем незамедлительно вытащило устаревшую версию документа со своего сервера «Технических отчетов», но не раньше, чем оно вызвало волну в сети. Неудивительно, почему: Google и компания утверждают, что их квантовый компьютер может сделать за 200 секунд то, на что суперкомпьютеру понадобится 10000 лет.
Принципиальное различие между суперкомпьюторером и квантовым компьютером заключается в способе хранения информации. В первом случае речь идет, как и о любом обычном компьютере, о двоичных битах 1 и 0; в последнем случае речь идет о квантовых битах, которые могут принимать любое расположение от 0 до 1. Нет, это не означает, что квантовый бит может, подобно кошке Шредингера, быть двумя противоречивыми вещами одновременно - и живым, и мертвым, или в данном случае, и 0 и 1. Скорее квантовый бит, как теоретический компьютер. Ученый Скотт Ааронсон разместил в своем блоге «Shtetl-Optimized» «сложную линейную комбинацию того и этого» или 0 и 1. «Может быть, это, а может быть, и то», приближается к грубому приближению. «Затем вы можете определить [квантовый компьютер], - говорит Ааронсон, - просто как компьютер, который будет использовать этот новый тип « возможно »: тот, который был обнаружен в 1920-х годах и включает в себя комплексные числа и существует во вселенной».
«Квантовое превосходство» - эпохальная фраза.
Почему использование этого «возможно» предоставляет квантовым компьютером превосходство?
«Чтобы дать вам представление о том, сколько может сделать квантовый компьютер, подумайте об этом: можно моделировать квантовый компьютер на обычном компьютере, просто численно решая уравнения квантовой механики»,
- объясняет Хоссенфельдер в своем видео на YouTube, которое она сделала несколько месяцев назад, в ожидании выхода газеты Google.
«Если вы это сделаете, - продолжает она, - то вычислительная нагрузка на обычный компьютер увеличивается экспоненциально с количеством q-битов, которые вы пытаетесь смоделировать. Вы можете сделать 2 или 4 q-бит на персональном компьютере. Но уже с 50 q-битами вам нужен кластер суперкомпьютеров. Все, что превышает 50 или около того q-битов, в настоящее время не может быть рассчитано, по крайней мере, в разумные сроки ».
Квантовый компьютер Google - фиолетовый чип по имени Sycamore. На изображении в газете вы можете разглядеть пару гравюр - «Google AI Quantum» с одной стороны и «Sycamore» с другой гравированным под дерево платана. Sycamore был разработан для использования 54 сверхпроводящих кубитов или трансмонов. Я говорю «разработан», потому что один из кубитов неисправен. Таким образом, микросхема в своем эксперименте, сравнивая свою вычислительную скорость со скоростью «современного суперкомпьютера», использовала 53, что в итоге оказалось вполне подходящим для «задачи дискретизации выходного сигнала псевдослучайной квантовой схемы». Подобные вычисления практически не имеют структуры, что делает их «подходящим выбором для сравнительного анализа», говорят исследователи, поскольку они делают классические компьютеры довольно медленными. Они делают вывод, что успех Sycamore «предвещает появление столь ожидаемой компьютерной парадигмы».
«Квантовое превосходство», которое теоретик-физик из Калифорнийского университета Джон Прекилл, директор Института квантовой информации и материалов, придумал в 2012 году, является эпохальной фразой. Прескилл подразумевал это как своего рода порог. «Я хотел подчеркнуть, что это привилегированное время в истории нашей планеты, когда информационные технологии, основанные на принципах квантовой физики, являются восходящими», - написал он в этом месяце в Quanta. Похоже, он говорит, что есть небольшая звездочка, которая должна добавить результат Google. «Подвох, как признает команда Google, заключается в том, что проблема, которую их машина решала с поразительной скоростью, была тщательно выбрана только для того, чтобы продемонстрировать превосходство квантового компьютера», - написал он. «В остальном это не проблема, представляющая большой практический интерес». Вот как это видит и Хоссенфельдер. Сегодняшние квантовые компьютеры действительно кажутся просто «новыми игрушками для ученых», говорит она, потому что «генерация случайных величин, которые можно использовать для проверки квантового превосходства, не достаточно для того, чтобы на самом деле вычислить что-нибудь полезное».
Тем не менее, Preskill говорит, что то, что сделал Google, представляет собой значительный шаг на пути к практичности. Он подумал, что было бы полезно написать почти существующую фразу «для наступающей эры» - «шумный квант промежуточного масштаба» или NISQ. «Шумный» означает неточный. Кубиты по-прежнему слишком скользкие для безошибочных вычислений - чем дольше работает квантовый компьютер, тем больше ошибок он допускает, что делает результат вычисления ненадежным. «Промежуточный масштаб» означает достаточно большой, чтобы сделать то, что сделал Google: продемонстрировать квантовое превосходство - легко одолеть суперкомпьютер - но слишком маленький, порядка сотен кубитов, чтобы сделать что-нибудь ценное. Итак, мы твердо находимся в эре NISQ (произносится как «риск»), которая, как писал Ааронсон в своем посте «Часто задаваемые вопросы о высшем квантовом превосходстве Скотта!», Является «по крайней мере чем-то бургером!»
Нечего волноваться. «Это» - «NISQ» - это действительно термин, придуманный для того, чтобы заставить инвесторов поверить, что квантовые вычисления будут иметь практическое применение в ближайшие десятилетия или около того », - говорит Хоссенфельдер. «Проблема с NISQ состоит в том, что, хотя вполне вероятно, что они скоро будут практически осуществимы, никто не знает, как рассчитать что-то полезное с ними». Возможно, никто никогда не будет. «В настоящее время я весьма обеспокоен тем, что квантовые вычисления будут идти тем же путем, что и ядерный синтез, что они останутся многообещающими, но никогда не будут работать»
Понятно что исследователи Google и их сотрудники из НАСА внесли более позитивный вклад в эту неопределенность. Они утверждают, что квантовые вычисления «переходят» от академического обучения к ключу раскрытию новых вычислительных возможностей. «Мы всего лишь один творческий алгоритм от ценных краткосрочных приложений». Кто знает, когда придет его время.
Спасибо за внимание! Британские ученые рекомендуют подписаться на этот канал :)
