Tento článek hádá o vlastnostech kvantového počítače, které společnost Google oznámila. Společnost tvrdí, že „kvantový počítač dokázal dosáhnout toho, co by moderní počítače trvalo tisíce let.“Časopis se ptá: Rozumí tým Google vozu, který vytvořili? A nebude „optimalizovat“osobu?
V nedávném článku společnosti Quantum Computing Lab od společnosti Google se uvádí, že společnost dosáhla kvantové nadřazenosti. To je jen řeč, ale co to všechno znamená?
V roce 2012 jsem vymyslel termín „kvantová nadřazenost“do bodu, kdy kvantové počítače dokáží dělat to, co klasické počítače neumí - a bez ohledu na užitečnost úkolů. Tímto novým termínem jsem chtěl zdůraznit, v jakém historicky důležitém období žijeme. Je ctí žít v éře rozvoje informačních technologií založených na principech kvantové fyziky.
Termín „kvantová nadřazenost“- a vlastně jev samotný - způsobil mnoho kontroverzí. A ze dvou důvodů najednou. Zaprvé, slovo „nadřazenost“z politického hlediska zní špatně - vyvolává nechutné asociace s „bílou nadřazeností“. Za druhé, tento pojem jen zhoršuje obecný humbuk kolem kvantových technologií a je toho už příliš. Stále jsem předvídal druhou, ale úplně jsem zmeškal první. Ať už je to jakkoli, termín uvízl a kvantový tým na Googlu to s nadšením přijal.
Ve své hlavě jsem prošel několika dalšími možnostmi, ale všechny jsem odmítl a rozhodl jsem se, že „kvantová nadřazenost“nejlépe odráží situaci. Také jsem přemýšlel nad „kvantovou výhodou“- a tento termín se také začal používat. Ale podle mého vkusu „převaha“zní stále přesněji a přesvědčivěji. Na závodě mluví o výhodě, i když je jeden kůň před druhým méně než tělo. Rychlost kvantového počítače pro určité úkoly je několikrát vyšší než u klasických. Teoreticky je to tak.
Nedávný článek Google to jasně ilustruje. Pomocí zařízení s 53 qubits (kvantových analogů bitů klasického počítače) byli schopni provádět kvantové výpočty v minutách, které by dnešním nejvýkonnějším superpočítačům trvalo tisíce let. Pokud je to pravda, jedná se o vynikající úspěch v experimentální fyzice a důkaz o bezprecedentním vývoji kvantového hardwaru. Upřímně blahopřeji všem účastníkům experimentu.
Zde je však háček. Tým Google připouští, že problém, který jejich stroj vyřešil úžasnou rychlostí, byl pečlivě vybrán, aby demonstroval nadřazenost kvantového počítače. Při řešení není žádný praktický smysl. Stručně řečeno, kvantový počítač provedl náhodně vybranou sekvenci instrukcí, po kterých byly změřeny všechny qubity a na výstupu přijal bitový řetězec. Jedná se o kvantový výpočet velmi malé struktury. Ano, takový úkol je pro klasický počítač nesmírně obtížný, ale odpověď není příliš významná.
A přesto je výsledek vynikající. Tím, že zkontroloval, že výstup jejich kvantového počítače odpovídá výstupu klasického superpočítače (dobře, pokud operace netrvá tisíce let, samozřejmě), tým potvrdil, že rozumí jejich zařízení a že funguje podle očekávání. Nyní, když jsme zjistili, že hardware funguje, může být načten s užitečnějšími úkoly.
Propagační video:
Proč je důležité kontrolovat výkon zařízení? Protože je velmi obtížné přesně ovládat kvantový počítač. V jistém smyslu to jednoduše porušuje kvantový systém - slavný Heisenbergův princip nejistoty v akci. Pokud tedy chceme takový systém použít pro ukládání a spolehlivé zpracování informací, musíme jej udržet téměř ideálně izolovaným od vnějšího světa. Zároveň potřebujeme, aby qubity vzájemně spolupracovaly - chceme zpracovávat data. Kromě toho musíme systém ovládat zvnějšku a nakonec měřit křivky, abychom zjistili výsledek našich výpočtů. Je nesmírně obtížné vytvořit kvantový systém, který splňuje všechna tato kritéria. Dosažení současných výsledků trvalo mnoho let v oblasti materiálů,výroba, vývoj a kontrola.
Úspěch společnosti Google je milníkem ve vývoji aplikovaných kvantových počítačů. Myslel jsem, že nadcházející éra potřebuje samostatné jméno - a přišla s „hlukem střední úrovně kvantum“nebo NISQ. Rýmy s rizikem. „Intermediate Level“je o velikosti kvantových počítačů, které jsou stále dostupnější. Tímto tempem budou brzy schopni provádět úkoly, které jsou pro dnešní superpočítače příliš těžké. „Hlučný“zdůrazňuje nedokonalou kontrolu a výsledné poruchy a chyby, které se časem hromadí. Zatím nemůžeme provést dlouhý výpočet - správná odpověď pro nás pravděpodobně nebude zářit.
Tým Google prokázal, že je možné postavit kvantový stroj dostatečně velký a přesný, aby vyřešil dříve nemožné úkoly. Podívejme se na to na začátek nové éry - éry hlučné mezistupně quanta nebo NISQ.
Co se stane příště? Google a další výrobci hardwaru samozřejmě očekávají, že najdou praktická využití pro jejich kvantová zařízení. Silnější kvantový počítač pomůže vědcům vyvinout nové materiály a chemické sloučeniny nebo vylepšit nástroje pro strojové učení, ale hlučný kvantový počítač s několika stovkami qubitů udělá málo dobré. Pro počítače NISQ však máme několik praktických nápadů, které si vyzkoušíme. Tímto způsobem dosáhneme lepších optimalizačních metod a přesnějších fyzických simulací - i když ve skutečnosti si nejsme zcela jisti úspěchem. Stále však bude zajímavé hrát si s technologií NISQ a zjistit, co dokáže. Počítámže kvantové počítače dříve či později promění naši společnost - i když je to otázka budoucnosti.
V článku z roku 2012, kde jsem vytvořil termín „kvantová nadřazenost“, jsem zdůvodnil: „Jaké to je spravovat rozsáhlé kvantové systémy? Prostě „velmi obtížné“nebo „směšně obtížné“? Pokud první, pak po několika desetiletích tvrdé práce můžeme uspět. Pokud to bude druhé, bude to trvat několik století, a dokonce ani to není fakt, že to bude fungovat. “Nedávné pokroky týmu Google nás vedou k přesvědčení, že se zabýváme prvním případem - prostě „velmi obtížným“. Pokud ano, v nadcházejících desetiletích se objeví množství kvantových technologií.
James O'Brien