211service.com
Google denkt dat het in de buurt komt van quantum suprematie. Dit is wat dat echt betekent.
Tweeënzeventig is misschien niet een groot aantal, maar in termen van kwantumcomputers is het enorm. Deze week Google onthuld Bristlecone, een nieuwe kwantumcomputerchip met 72 kwantumbits, of qubits, de fundamentele rekeneenheden in een kwantummachine. Zoals onze qubit-teller en tijdlijn laten zien, was de vorige recordhouder een processor van slechts 50 qubit die vorig jaar door IBM werd aangekondigd.
John Martinis, die de inspanningen van Google leidt, zegt dat zijn team nog meer moet testen, maar hij denkt dat het vrij waarschijnlijk is dat de nieuwe chip dit jaar, misschien zelfs al binnen een paar maanden, kwantumsuprematie kan bereiken. Dat is het punt waarop een kwantumcomputer berekeningen kan doen die buiten het bereik van de snelste supercomputers van vandaag liggen.
Wanneer Google of een ander team eindelijk succes aankondigt, kunt u een stortvloed aan krantenkoppen verwachten over het aanbreken van een nieuw en opwindend tijdperk. Quantumcomputers zouden ons moeten helpen nieuwe geneesmiddelen te ontdekken en nieuwe materialen te maken, en cryptografie op zijn kop te zetten.
Maar de realiteit is ingewikkelder. Je zult moeite hebben om een [onderzoeker] te vinden die van de term 'kwantum suprematie' houdt, zegt Simon Benjamin, een kwantumexpert aan de Universiteit van Oxford. Het is erg pakkend, maar het is een beetje verwarrend en overdrijft wat kwantumcomputers kunnen doen.
Kwantumbouwstenen
Om te begrijpen waarom, wat korte achtergrond. De magie van kwantumcomputers zit in die qubits. In tegenstelling tot de bits in klassieke computers, die informatie opslaan als ofwel: een of 0 , qubits kunnen in meerdere toestanden van . bestaan een en 0 tegelijkertijd - een fenomeen dat bekend staat als superpositie. Ze kunnen elkaar ook beïnvloeden, zelfs als ze niet fysiek met elkaar verbonden zijn, via een proces dat verstrengeling wordt genoemd.
Waar dit op neerkomt, is dat hoewel een paar extra bits slechts een bescheiden verschil maken voor de kracht van een klassieke computer, het toevoegen van extra qubits aan een kwantummachine zijn rekenkracht exponentieel kan vergroten. Daarom zijn er in principe niet zoveel qubits nodig om zelfs de krachtigste supercomputers van vandaag te verslaan.
Het maken van qubits vereist echter wonderbaarlijke technische hoogstandjes, zoals het bouwen van supergeleidende circuits die worden bewaard bij temperaturen die kouder zijn dan de ruimte (de benadering die Google gebruikt). Dat is nodig om ze te isoleren van de buitenwereld. Veranderingen in temperatuur of de geringste trillingen - verschijnselen die bekend staan als ruis - kunnen ervoor zorgen dat qubits decoheren of hun fragiele kwantumtoestand verliezen. Als dat gebeurt, sluipen er al snel fouten in de berekeningen.
En hoe groter het aantal qubits, hoe meer fouten er zijn. Ze kunnen worden gecorrigeerd met behulp van extra qubits of slimme software, maar dat slokt veel rekenkracht van de machine op. In de afgelopen jaren hebben vorderingen op het gebied van superkoelingstechnologie en andere gebieden het aantal qubits vergroot dat kan worden opgevoerd en effectief kan worden beheerd. Maar het blijft een constante strijd tussen macht en complexiteit.
De hoop op het bereiken van kwantumsuprematie is eerder de bodem ingeslagen. Een tijdlang dachten onderzoekers dat een machine van 49 qubit voldoende zou zijn, maar vorig jaar konden onderzoekers van IBM een kwantumsysteem van 49 qubit simuleren op een conventionele computer (zie Nieuwe wendingen in de weg naar kwantumsuprematie). Ook staan conventionele computers niet stil: met name China heeft zwaar geïnvesteerd in de technologie en beschikt nu over de twee krachtigste machines ter wereld.
Het grote moment van Google
Toch, zegt Daniel Gottesman van het Perimeter Institute for Theoretical Physics in Canada, hoewel betere algoritmen en digitale computers de drempel van suprematie een beetje zouden kunnen verleggen, zou een kwantummachine waarschijnlijk maar een paar extra qubits nodig hebben om ze echt te overtreffen. Met de 72 qubits van Bristlecone is er genoeg vuurkracht om mee te spelen.
Met behulp van Bristlecone zijn Martinis en zijn collega's van plan een test uit te voeren die de kwantumoverheersing wil aantonen. De strikte definitie van de benchmark is dat de taak onmogelijk zou moeten zijn voor een conventionele computer om uit te voeren. Maar dit roept een netelige kwestie op: hoe weet je echt of een kwantumcomputer een correct antwoord heeft gegeven als je het niet kunt controleren met een die siliciumbits gebruikt?
Om hiermee om te gaan, is het Google-team van plan om tot het uiterste te gaan en een kwantummachine te gebruiken om een algoritme op te lossen dat de grenzen van de mogelijkheden van de hedendaagse supercomputers bereikt. Je kunt ook laten zien dat het algoritme exponentieel gecompliceerd is, legt Martinis uit. Door nog maar één qubit toe te voegen, zou het kwantumapparaat veel verder gaan dan wat een conventionele machine binnen een redelijke tijd aankan.
naam spel
Zelfs als Google de magische benchmark bereikt, zullen de complexiteit en kosten van het beheer van kwantummachines echter beperken hoe nuttig ze kunnen zijn.
Hoewel er enkele potentieel veelbelovende toepassingen zijn, zoals het nauwkeurig ontwerpen van moleculen (zie 10 Breakthrough Technologies 2018), zullen klassieke machines nog steeds beter, sneller en veel zuiniger zijn in het oplossen van de meeste problemen. Het gebruik van een kwantumcomputer zou zijn als het charteren van een jumbojet om de weg over te steken, zegt Benjamin van de Universiteit van Oxford.
Hij suggereert dat we het in plaats van kwantumsuprematie moeten hebben over het bereiken van kwantumonnavolgbaarheid, met andere woorden, specifieke taken die alleen kwantumcomputers kunnen doen. Andere onderzoekers hebben namen voorgesteld als kwantumvoordeel of kwantumoverwicht.
De semantiek is belangrijk. Technologieën zoals AI hebben meerdere hypecycli doorgemaakt voordat ze echt van de grond kwamen. Het risico bestaat dat als de verwachtingen nu te hoog worden gewekt, kwantummachines deze niet zullen waarmaken (zie Serieuze kwantumcomputers zijn er eindelijk. Wat gaan we ermee doen? ). Dat zou een uittocht van investeerders kunnen veroorzaken, die miljoenen dollars in kwantumstartups hebben gepompt.
Verwant verhaal
Verwant verhaal Zelfs de bedenker van kwantumsuprematie probeert de buzz die hij heeft helpen creëren, te onderdrukken. John Preskill, een theoretisch fysicus aan het California Institute of Technology, bedacht de term in een toespraak in 2011. In januari van dit jaar publiceerde hij een krant waarin hij zei dat kwantumcomputing op het punt stond een fase in te gaan die hij NISQ noemde, of lawaaierig tussenstadium kwantum, waar machines 50 tot een paar honderd qubits zullen hebben. 'Noisy', schreef hij, betekent dat we onvolmaakte controle over die qubits hebben; de ruis zal ernstige beperkingen opleggen aan wat kwantumapparaten op korte termijn kunnen bereiken. Preskill zei dat hij er nog steeds van overtuigd is dat kwantumcomputers een transformerend effect op de samenleving zullen hebben, maar die transformatie, geeft hij toe, kan nog tientallen jaren duren.
Het geluidsprobleem is een controversieel onderwerp. Gil Kalai, een professor aan de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem, heeft betoogd dat de uitdagingen van geluid zo groot zijn dat ze zullen voorkomen dat kwantummachines ooit echt bruikbaar worden. Veel deskundigen zijn het daar niet mee eens. Lawaai kan worden beheerd, zegt Andrew Childs, mededirecteur van het Joint Centre for Quantum Information and Computer Science aan de Universiteit van Maryland. Je hoeft alleen maar te begrijpen hoeveel je ervan kunt verdragen.
Martini's van Google zijn zich er ook van bewust dat verwachtingen moeten worden gemanaged. Het algoritme dat zijn team van plan is te gebruiken, is een zeer specifiek algoritme om de mogelijkheden van kwantummachines te testen in plaats van om iets praktisch te bereiken. Zodra we kwantumsuprematie bereiken, zegt hij, willen we laten zien dat een kwantummachine iets heel nuttigs kan doen.