Dodano: 25 październik 2019r.

Google potwierdza supremację kwantową. 10 tys. lat obliczeń w 200 sekund

Naukowcy z firmy Google potwierdzili medialne doniesienia sprzed miesiąca o osiągnięciu supremacji kwantowej. Stworzony przez nich komputer Sycamore wydaje się być długo oczekiwanym przełomem w dziedzinie obliczeń kwantowych. Inżynierowie z Google'a twierdzą, że ich komputer kwantowy rozwiązał problem, który zająłby nawet najlepszym konwencjonalnym maszynom tysiące lat, w nieco ponad trzy minuty.

Google potwierdza supremację kwantową. 10 tys. lat obliczeń w 200 sekund

 

To początek komputerów nowej ery. Inżynierowie z firmy Google osiągnęli kamień milowy, wykonali od dawna oczekiwany krok w kierunku realizacji komputerów kwantowych, urządzeń wykorzystujących dziwne właściwości fizyki kwantowej w celu przyspieszenia niektórych obliczeń.

Publikacja opisująca osiągnięcia inżynierów zatrudnionych przez technologicznego giganta ukazała się na łamach pisma „Nature”. Miesiąc temu na serwerach NASA pojawił się artykuł opisujący szczegóły pracy nad kwantowym komputerem naukowców Google'a, ale szybko został usunięty. Jednak jak powszechnie wiadomo, w internecie nic nie ginie. Opis prac został udostępniony na innych serwerach. Google wówczas nie skomentowało medialnych doniesień.

 

Teraz pojawiła się oficjalna wersja artykułu opublikowana w prestiżowym, recenzowanym czasopiśmie. Wydaje się nie zawierać istotnych zmian w stosunku do tekstu, który przypadkowo ujrzał światło dzienne. Wskazuje, że procesor kwantowy komputera Sycamore, składający się z 54 nadprzewodzących bitów kwantowych, zwanych też kubitami, był w stanie wykonać obliczenia, które znacznie przekraczają zdolności nawet najszybszego komputera na świecie.

Sycamore osiągnął kwantową supremację

Eksperyment z kwantowym procesorem, opisany na łamach „Nature”, polegał na wykonaniu losowych operacji na kubitach i odczytaniu wyniku. Wygenerowany w ten sposób zestaw cyfr zakodowany w systemie dwójkowym, został sprawdzony, czy ich rozkład jest naprawdę losowy. Obliczenia te nie są szczególnie przydatne, ale mają duże implikacje dla mocy przetwarzania urządzenia.

Wykonanie takich obliczeń jest niezwykle trudne do odtworzenia za pomocą klasycznego komputera. Wcześniej oszacowano, że najszybszemu obecnie konwencjonalnemu komputerowi o nazwie Summit firmy IBM, zadanie to zajęłoby 10 tys. lat. Sycamore zrobił to w 3 minuty i 20 sekund, chociaż jeden z kubitów musiał zostać wyłączony, ponieważ nie działał poprawnie.

Sycamore został opracowany przez inżynierów kierowanych przez Johna Martinisa, fizyka eksperymentalnego z University of California w Santa Barbara, zatrudnionego też przez firmę Google.

Supremacja kwantowa od dawna uważana jest za kamień milowy, ponieważ dowodzi, że komputery kwantowe mogą przewyższyć klasyczne komputery. Chociaż przewaga została udowodniona tylko w bardzo konkretnym przypadku, to jednak pokazuje, że mechanika kwantowa działa zgodnie z oczekiwaniami, gdy zostanie wykorzystana w złożonym problemie.

- Chociaż obliczenia, które wybrał Google - sprawdzanie wyników generatora kwantowej liczby losowej - mają ograniczone praktyczne zastosowania, to osiągnięcie naukowe jest ogromne – powiedział Scott Aaronson, informatyk na University of Texas w Austin.

Osiągnięcia Google'a nie oznaczają, że komputery kwantowe są już gotowe do rozwiązywania rzeczywistych problemów. Do tego jeszcze daleka droga. Jednak jest to dowód koncepcji i pierwszy krok na drodze do opracowania użytecznych komputerów kwantowych.

Komputery kwantowe

Firma IBM, rywal Google'a w budowaniu komputerów kwantowych, poinformowała, że dzięki zastosowaniu nowego oprogramowania, ich maszyna Summit, jest zdolna do wykonania podobnych obliczeń w 2,5 dnia. Twierdzenia te nie zostały sprawdzone przez niezależnych naukowców, a ich opis nie ukazał się w żadnym czasopiśmie naukowym. IBM ma swój własny komputer kwantowy o nazwie Q System One.

Tradycyjne komputery przeprowadzają obliczenia na bitach – seriach zer i jedynek. Ich kwantowe odpowiedniki korzystają z kubitów, czyli kwantowych bitów, a te mogą przybierać obie te wartości jednocześnie.

Procesor Sycamore składa się z 142 kubitów, jednak kontrolowanych jest tylko 54, a właściwie 53, bo jeden z nich nie działa poprawnie. Google pracuje nad innymi konfiguracjami, ale obecna, jak twierdzą uczeni, była najbardziej odpowiednia do przeprowadzenia doświadczenia potwierdzającego supremację kwantową.

Osiągnięcia Google'a jest początkiem nowej ery obliczeń kwantowych. Komputery kwantowe mogą zmienić sposób projektowania nowych materiałów, zarządzania logistyką, budowania sztucznej inteligencji czy łamania szyfrów. Dlatego firmy takie jak Google, Intel czy IBM przeznaczają grube miliony na zbudowanie komputera kwantowego.

 

Źródło: New Scientist, fot. Eric Lucero/Google, Inc.