Як зрозуміти претензію Google щодо квантової переваги

Якщо ви читали деякі сенсаціоналістичні заголовки про статтю Google, опубліковану в Nature, де стверджується про «квантову верховенство», вам би пробачили думати, що день всезнаючих суперкомп'ютерів та зруйнованих систем безпеки майже нас чекає. Можливо, ви були досить цікаві, щоб пробиратися через папір, щоб побачити, що насправді досягнуто, і як далеко до нього дійти; якщо так, дивовижно. Якщо ні, ось спрощене пояснення ситуації.

Квантова зверхність: скажи що?

Щоб покласти мої картки на стіл, я ненавиджу термін квантова перевага, як було визначено. Як на мене, так і на будь-яку кількість засобів масової інформації, це відображає уявлення про квантові комп'ютери, що домінують у пейзажі. Натомість, це насправді означає, що квантовий комп'ютер зробив щось, навіть щось не дуже корисне, що класичний цифровий комп'ютер не може імітувати в розумний час. Насправді досить легко зробити щось, що неможливо повністю змоделювати на традиційному комп'ютері - наприклад, хімічні реакції. Що робить квантову версію цікавою, це те, що це рання віха технології, якій судилося стати потужною обчислювальною парадигмою.

Отже, що насправді зробив Google?

На поверхні це звучить як щось подібне, будь-який вундеркінд із 53-бітовим квантовим комп'ютером, що лежить навколо (як, наприклад, у IBM), може вибитись у вихідні. Але Google здійснив ще дві речі, які роблять його досягнення унікальними. По-перше, вони змогли контролювати помилки в своїй системі - горезвісно важке питання з квантовими комп'ютерами - досить добре, що їхні результати були досить близькими до теоретичних результатів. По-друге, вони зробили математику та моделювання при менших довжинах бітів, щоб бути досить впевненими, що їхні оцінки помилок були реалістичними. Це важливо, оскільки наразі немає можливості перевірити їхні 53-бітні результати на традиційному комп'ютері.

Наскільки це важливо?

Я трохи нагадаю висвітлення викликів автономного транспортного засобу DARPA 15 років тому. Неважко було повірити, що автомобілі, що керують власним транспортом, стоять просто за рогом. Так само факт, що квантовий комп'ютерний комплекс, достатньо важкий для моделювання, може бути побудований - лише невеликий - але дуже дорогий і вражаючий - крок до потрапляння до квантового комп'ютера, який може бути використаний для вирішення практичних проблем, таких як молекулярне моделювання, або небезпечний такі, як розтріскування ключів. Незрозуміло, чи ми знаходимося по-справжньому довгий гасло, подібне до того, щоб створити автомобілі для самостійного керування, чи будуть якісь ярлики. Наприклад, запуск PsiQ вважає, що це може використовувати фотоніки для побудови життєздатного квантового комп'ютера набагато швидше, ніж конкуренти, використовуючи більш поширені підходи.

Що з репутацією IBM?

Google негайно зазначив, що відповідь IBM є повністю теоретичним, і кинув їм виклик це довести. Тепер, можливо, ви будете правильно замислюватися, чи існують кращі способи витратити величезну кількість часу і енергії, необхідної. Але оскільки Google опублікував свої дані, запуск моделювання на саміті матиме додаткову перевагу перевірки (чи ні) результатів Google та їх припущень щодо наслідків помилок.

Що далі для квантових обчислень?

Для всіх, хто звик думати про бітову глибину в звичайних обчислювальних термінах, 53 біти звучать досить вражаюче. Зрештою, це більше ніж 32 біти, з якими ми жили донедавна. За винятком квантових обчислень, ці біти представляють загальну ємність усіх регістрів в системі. Ці регістри, як правило, включають не просто всі кубіти, необхідні для представлення вводу та виводу, але набори регістрів для зберігання проміжних результатів і дозволяють запускати ітераційні алгоритми. Навіть незважаючи на те, що кубіти можуть містити велику кількість стану порівняно зі звичайними бітами - завдяки суперпозиції та заплутуванню - вони все ще просто біти, коли вам потрібно використовувати їх дані.

Що ще гірше, рівень помилок на існуючих квантових комп'ютерах все ще досить високий, що для надійних результатів потрібно поєднувати декілька фізичних кубітів у логічні кубіти, виправлені помилки. Наприклад, щоб зламати 2048-бітну RSA, за оцінками, потрібно 4000 надійних, логічних, кубітів. Крім того, кубітам потрібно було б узгоджувати - зберігати свій квантовий стан - довше, ніж це можливо зараз. Є й інші архітектурні питання. Наприклад, в теоретичному квантовому комп'ютері будь-який кубіт може бути заплутаний з будь-яким іншим на кроці програмування. Але фізична реальність сучасних комп'ютерів перешкоджає цьому. Наприклад, Google Sycamore дозволяє заплутувати лише сусідні кубіти (entanglement є ключовою властивістю для програмування багатокубітних логічних воріт). Це можна дещо подолати, обмінявшись кубітами навколо, але це вимагає часу, а отже, посилює проблему узгодженості. Для вирішення цих проблем не бракує інвестицій, але немає узгодженого терміну, як довго це займе.

Читати далі

Pfizer заявляє, що нова вакцина проти COVID-19 ефективна на 90 відсотків

У США та в усьому світі розроблявся ряд вакцин проти COVID-19, і одна з них показала кілька дуже позитивних попередніх результатів у своєму дослідженні фази 3. Одна конкретна вакцина, розроблена Pfizer та німецькою фірмою BioNTech, виявляється більш ніж на 90 відсотків ефективною у запобіганні симптоматиці ...

Що це означає для ринку ПК, якщо Apple робить найшвидший процесор?