Artiklen er et gæt om egenskaberne ved en kvantecomputer, annonceret af Google. Virksomheden hævder, at "en kvantecomputer var i stand til at udføre, hvad moderne computere ville have taget tusinder af år." Magasinet stiller spørgsmålet: forstår Google-teamet den bil, de har oprettet? Og vil hun ikke "optimere" personen?
I en nylig artikel fra Googles Quantum Computing Lab meddeles det, at virksomheden har opnået kvanteoverherredømme. Dette er bare tale, men hvad betyder det hele?
I 2012 opfandt jeg udtrykket “kvanteoverlegenhed” for det punkt, hvor kvantecomputere kan gøre, hvad klassiske computere ikke kan - og uanset opgaverne. Med dette nye udtryk ønskede jeg at understrege, hvilken historisk vigtig tid vi lever i. Det er en ære at leve i en æra med informationsteknologiudvikling baseret på kvantefysikens principper.
Udtrykket "kvanteoverlegenhed" - og faktisk selve fænomenet - har skabt en hel del kontroverser. Og af to grunde på én gang. For det første lyder ordet "overlegenhed" dårligt ud fra et politisk synspunkt - det fremkalder ulækkelige foreninger med "hvid overlegenhed." For det andet forværrer dette udtryk kun den generelle hype omkring kvanteteknologier, og der er allerede for meget af det. Jeg forudså stadig det andet, men den første gik jeg helt glip af. Vær det som det kan, udtrykket sidder fast, og nu har kvanteteamet hos Google taget det op med entusiasme.
Jeg gik over et par flere muligheder i mit hoved, men jeg afviste dem alle og besluttede, at "kvanteoverlegenhed" afspejler situationen på den bedste måde. Jeg tænkte også over "kvantefordel" - og dette udtryk kom også i brug. Men for min smag lyder "overlegenhed" stadig mere nøjagtigt og overbevisende. På løbet taler de om en fordel, selv når den ene hest er mindre end en krop foran den anden. En kvantecomputers hastighed til bestemte opgaver er flere gange højere end den klassiske. I teorien alligevel.
En nylig Google-artikel illustrerer dette tydeligt. Ved hjælp af en enhed med 53 qubits (kvanteanaloger af bitene på en klassisk computer) var de i stand til at udføre kvanteberegninger på få minutter, der ville tage tusinder af år for dagens mest kraftfulde supercomputere. Hvis dette er sandt, er dette en enestående præstation i eksperimentel fysik og bevis på en hidtil uset udvikling inden for kvantehardware. Jeg lykønsker alle deltagere i eksperimentet oprigtigt.
Der er dog en fangst her. Google-teamet indrømmer, at problemet, som deres maskine løste med en forbløffende hastighed, blev omhyggeligt valgt for at demonstrere overlegenheden ved en kvantecomputer. Der er ingen praktisk mening i at løse det. Kort sagt, kvantecomputeren udførte en tilfældigt valgt sekvens af instruktioner, hvorefter alle qubits blev målt og modtog en bitstreng ved output. Dette er en kvanteberegning af en meget lille struktur. Ja, en sådan opgave er ekstremt vanskelig for en klassisk computer, men svaret er heller ikke særlig meningsfuldt.
Og alligevel er resultatet enestående. Ved at kontrollere, at output fra deres kvantecomputer stemmer overens med output fra en klassisk supercomputer (ja, hvis operationen ikke tager tusinder af år, selvfølgelig), bekræftede teamet, at de forstår deres enhed, og at det fungerer som forventet. Nu hvor vi har fundet ud af, at hardwaren fungerer, kan den indlæses med mere nyttige opgaver.
Salgsfremmende video:
Hvorfor er det vigtigt at kontrollere udstyrets ydelse? Fordi det er meget vanskeligt at præcist styre en kvantecomputer. På en måde bryder en simpel betragtning af et kvantesystem uundgåeligt det - det berømte Heisenberg-usikkerhedsprincip i handling. Derfor, hvis vi ønsker at bruge et sådant system til lagring og pålidelig behandling af information, er vi nødt til at holde det næsten ideelt isoleret fra omverdenen. På samme tid har vi brug for qubits til at interagere med hinanden - vi vil behandle data. Derudover er vi nødt til at kontrollere systemet udefra og i sidste ende måle qubits for at finde ud af resultatet af vores beregninger. Det er ekstremt vanskeligt at oprette et kvantesystem, der opfylder alle disse kriterier. For at nå de aktuelle resultater tog det mange års fremskridt inden for materialer,produktion, udvikling og kontrol.
Googles præstation er en milepæl i udviklingen af anvendte kvantecomputere. Jeg troede, at den kommende æra havde brug for et separat navn - og kom med det "støjende mellemniveaukvante" eller NISQ. Rim med risiko. "Mellemniveau" handler om størrelsen på kvantecomputere, der bliver mere overkommelige. Med denne hastighed vil de snart være i stand til at udføre opgaver, der er for tunge til nutidens supercomputere. "Støjende" understreger ufuldstændig kontrol og de deraf følgende fejl og fejl, der akkumuleres over tid. Vi kan endnu ikke udføre en lang beregning - det rigtige svar vil sandsynligvis ikke skinne for os.
Google-teamet har bevist, at det er muligt at bygge en kvantemaskine, der er stor og nøjagtig nok til at løse tidligere umulige opgaver. Lad os betragte dette som begyndelsen på en ny æra - æraen med støjende mellemklasse-kvanta eller NISQ.
Hvad sker der derefter? Naturligvis forventer Google og andre hardwareproducenter at finde praktiske anvendelser til deres kvanteenheder. En mere kraftfuld kvantecomputer hjælper forskere med at udvikle nye materialer og kemiske forbindelser eller forbedre værktøjer til maskinlæring, men en støjende kvantecomputer med et par hundrede qubits vil gøre lidt godt. Vi har dog nogle praktiske ideer til NISQ-computere, som vi skal prøve. Ved at gøre dette opnår vi bedre optimeringsmetoder og mere nøjagtige fysikssimuleringer - selvom vi i sandhed ikke er helt sikre på succes. Men det vil stadig være interessant at lege med NISQ-teknologi for at se, hvad det kan gøre. Jeg tællerat kvantecomputere før eller senere vil transformere vores samfund - selvom dette er et spørgsmål om fremtiden.
I en artikel i 2012, hvor jeg opfandt udtrykket”kvanteoverlegenhed”, begrundede jeg,”Hvordan er det at styre store kvantesystemer? Bare "meget vanskeligt" eller "latterligt vanskeligt"? Hvis førstnævnte, så efter et par årtiers hårdt arbejde kan vi godt lykkes. Hvis sidstnævnte, vil det tage flere århundreder, og selv da er det ikke en kendsgerning, at det vil fungere. De seneste fremskridt fra Google-teamet får os til at tro, at vi har at gøre med den første sag - bare "meget vanskeligt." Hvis dette er tilfældet, vil en overflod af kvanteteknologier vises i de kommende årtier.
James O'Brien