Как разобраться в претензии Google на квантовое превосходство

Если вы читали некоторые сенсационные заголовки о газете, опубликованной в «Природе», в которой говорится, что «квантовое превосходство», то вы были бы просты, если бы думали, что день всезнающих суперкомпьютеров и разрушенных систем безопасности близок к нам. Вы, возможно, были достаточно любопытны, чтобы просмотреть саму газету, чтобы увидеть, что на самом деле было достигнуто и как далеко еще идти; если так, круто Если нет, вот упрощенное объяснение ситуации.

Квантовое превосходство: скажи что?

Чтобы положить свои карты на стол, я ненавижу термин квантовое превосходство, как оно было определено. Для меня, и для любого количества средств массовой информации, это вызывает видение квантовых компьютеров, доминирующих в ландшафте. Вместо этого на самом деле это означает, что квантовый компьютер сделал что-то, даже что-то не очень полезное, что классический цифровой компьютер не может имитировать в разумные сроки. На самом деле довольно просто сделать что-то, что не может быть полностью смоделировано на традиционном компьютере - например, химические реакции. Что делает квантовую версию интересной, так это то, что она является первым этапом для технологии, которая призвана стать мощной вычислительной парадигмой.

Так что же на самом деле сделал Google?

На первый взгляд, это похоже на то, что любой компьютерщик с 53-битным квантовым компьютером (например, в IBM) может сойти за выходные. Но Google сделал две другие вещи, которые делают его достижение уникальным. Во-первых, они смогли контролировать ошибки в своей системе - общеизвестно сложную проблему с квантовыми компьютерами - достаточно хорошо, чтобы их результаты были достаточно близки к теоретическим результатам. Во-вторых, они делали математику и моделирование на меньших битах, чтобы быть уверенными, что их оценки ошибок были реалистичными. Это важно, потому что в настоящее время нет способа проверить их полные 53-битные результаты на традиционном компьютере.

Насколько это важно?

Мне немного напомнили о освещении проблем с автономным транспортным средством DARPA 15 лет назад. Легко было поверить, что автомобили с автоматическим управлением были не за горами. Точно так же тот факт, что квантовый компьютерный комплекс, достаточно сложный для моделирования, может быть построен, является лишь небольшим - но очень дорогим и впечатляющим - шагом к достижению квантового компьютера, который можно использовать для решения практических задач, таких как молекулярное моделирование или опасное моделирование. такие как взлом ключей. Что не ясно, так это то, находимся ли мы на самом деле в длинном унынии, похожем на тот, который создаёт автомобили с автоматическим управлением, или будут какие-то сокращения. Например, стартап PsiQ считает, что он может использовать фотонику для создания коммерчески жизнеспособного квантового компьютера гораздо раньше, чем конкуренты, использующие более распространенные подходы.

Что насчет опровержения IBM?

Google сразу же отметил, что ответ IBM носит чисто теоретический характер, и призвал их доказать это. Теперь вы можете быть правы, задаваясь вопросом, есть ли лучшие способы потратить огромное количество времени и энергии, необходимой. Но с тех пор, как Google опубликовал свои данные, запуск симуляции в Summit принесет дополнительное преимущество проверки (или нет) результатов Google и их предположений о влиянии ошибок.

Что дальше для квантовых вычислений?

Для тех, кто привык думать о битовой глубине в обычных вычислительных терминах, 53 бита звучат довольно внушительно. В конце концов, это больше, чем 32 бита, с которыми мы жили до недавнего времени. За исключением квантовых вычислений, эти биты представляют общую емкость всех регистров в системе. Эти регистры обычно включают в себя не только все кубиты, необходимые для представления входных и выходных данных, но и наборы регистров для хранения промежуточных результатов и позволяют запускать итерационные алгоритмы. Хотя кубиты могут содержать большое количество состояний по сравнению с обычными битами - благодаря суперпозиции и запутанности - они все равно просто биты, когда вам нужно использовать их данные.

Что еще хуже, частота ошибок на существующих квантовых компьютерах все еще достаточно высока, поэтому для получения надежных результатов необходимо объединить несколько физических кубитов в логически исправленные ошибки. Например, для взлома 2048-битного RSA потребуется 4000 надежных логических кубитов. Кроме того, кубиты должны были бы связываться - сохранять свое квантовое состояние - в течение более длительных периодов времени, чем это возможно сейчас. Есть и другие архитектурные проблемы. Например, в теоретическом квантовом компьютере любой кубит может быть запутан с любым другим на этапе программирования. Но физическая реальность современных компьютеров исключает это. Например, Google Sycamore позволяет запутывать только соседние кубиты (запутанность является ключевым свойством для программирования многобитовых логических элементов). Это может быть несколько преодолено путем обмена кубитами, но это требует времени и, следовательно, усугубляет проблему согласованности. Нет недостатка в инвестициях в решение этих проблем, но нет никаких согласованных временных рамок того, сколько времени это займет.

Читать далее

IBM обещает в 2021 году ускорение квантовых вычислений в 100 раз

Intel планирует в этом году ускорить квантовые рабочие нагрузки до 100 раз благодаря новым программным инструментам и улучшенной поддержке классических и квантовых рабочих нагрузок.

Астрономы хотят создавать квантовые телескопы, которые охватывают глобус

Исследователи теперь обсуждают возможность разработки квантового телескопа в глобусе, смоделированном на успешном телескопе событий.

Google стремится сделать квантовые вычисления жизнеспособными к 2029 году

Google включен на следующий Moonshot с Quantum Ai Campus, где он надеется создать полезный, исправленный ошибками квантовой компьютер в течение следующего десятилетия. Десять лет могут звучать как долгое время, но это не будет легко взломать квантовые вычисления.

IBM отправляет свой первый квантовый компьютер за пределами Соединенных Штатов

IBM отправила свой первый квантовый компьютер за пределами Соединенных Штатов. Вторая дально-брошенная система ожидается онлайн в июле.