Het artikel is een gok over de eigenschappen van een kwantumcomputer, aangekondigd door Google. Het bedrijf beweert dat "een kwantumcomputer kon bereiken wat moderne computers duizenden jaren zouden hebben gekost". Het tijdschrift stelt de vraag: begrijpt het Google-team de auto die ze hebben gemaakt? En zal ze de persoon niet "optimaliseren"?
In een recent artikel van Google's Quantum Computing Lab wordt aangekondigd dat het bedrijf kwantum-suprematie heeft bereikt. Dit is gewoon praten, maar wat betekent het allemaal?
In 2012 bedacht ik de term "kwantumsuperioriteit" voor het punt waarop kwantumcomputers kunnen doen wat klassieke computers niet kunnen - en ongeacht het nut van de taken. Met deze nieuwe term wilde ik benadrukken in wat een historisch belangrijke tijd we leven. Het is een eer om te leven in het tijdperk van de ontwikkeling van informatietechnologie op basis van de principes van de kwantumfysica.
De term 'kwantumoverwicht' - en inderdaad het fenomeen zelf - heeft voor veel controverse gezorgd. En om twee redenen tegelijk. Ten eerste klinkt het woord 'superioriteit' vanuit politiek oogpunt slecht - het roept walgelijke associaties op met 'blanke superioriteit'. Ten tweede verergert deze term alleen maar de algemene hype rond kwantumtechnologieën, en er is al te veel van. Ik voorzag nog steeds de tweede, maar ik miste de eerste volledig. Hoe het ook zij, de term bleef hangen, en nu heeft het kwantumteam bij Google het met enthousiasme opgepakt.
Ik nam nog een paar opties in mijn hoofd door, maar ik verwierp ze allemaal en besloot dat "kwantumoverwicht" de situatie het beste weergeeft. Ik dacht ook na over "kwantumvoordeel" - en deze term kwam ook in gebruik. Maar naar mijn smaak klinkt "superioriteit" nog nauwkeuriger en overtuigender. Tijdens de race praten ze over een voordeel, zelfs als het ene paard minder dan een lichaam voor is op het andere. De snelheid van een kwantumcomputer voor bepaalde taken is meerdere keren hoger dan de klassieke. In ieder geval in theorie.
Een recent Google-artikel illustreert dit duidelijk. Met behulp van een apparaat met 53 qubits (kwantumanalogen van de bits van een klassieke computer) konden ze binnen enkele minuten kwantumberekeningen uitvoeren die duizenden jaren zouden kosten voor de krachtigste supercomputers van vandaag. Als dit waar is, dan is dit een uitstekende prestatie in de experimentele fysica en het bewijs van een ongekende ontwikkeling in kwantumhardware. Ik feliciteer alle deelnemers aan het experiment van harte.
Er zit hier echter een addertje onder het gras. Het Google-team geeft toe dat het probleem dat hun machine met verbazingwekkende snelheid oploste, zorgvuldig is gekozen om de superioriteit van een kwantumcomputer aan te tonen. Het heeft geen praktisch nut om het op te lossen. Kortom, de kwantumcomputer voerde een willekeurig gekozen reeks instructies uit, waarna alle qubits werden gemeten en aan de uitgang een bitstring ontvingen. Dit is een kwantumberekening van een zeer kleine structuur. Ja, zo'n taak is buitengewoon moeilijk voor een klassieke computer, maar het antwoord is ook niet erg zinvol.
En toch is het resultaat uitstekend. Door te verifiëren dat de output van hun kwantumcomputer overeenkomt met de output van een klassieke supercomputer (nou ja, tenzij de operatie duizenden jaren duurt natuurlijk), bevestigde het team dat ze hun apparaat begrijpen en dat het werkt zoals verwacht. Nu we erachter zijn gekomen dat de hardware werkt, kan deze worden geladen met meer nuttige taken.
Promotie video:
Waarom is het belangrijk om de prestaties van de apparatuur te controleren? Omdat het erg moeilijk is om een kwantumcomputer precies te besturen. In zekere zin is een simpele beschouwing van een kwantumsysteem onvermijdelijk in strijd met het beroemde Heisenberg-onzekerheidsprincipe in actie. Als we een dergelijk systeem willen gebruiken voor het opslaan en betrouwbaar verwerken van informatie, moeten we het daarom bijna ideaal geïsoleerd houden van de buitenwereld. Tegelijkertijd hebben we de qubits nodig om met elkaar te communiceren - we willen gegevens verwerken. Daarnaast moeten we het systeem van buitenaf aansturen en uiteindelijk de qubits meten om het resultaat van onze berekeningen te achterhalen. Het is buitengewoon moeilijk om een kwantumsysteem te creëren dat aan al deze criteria voldoet. Om de huidige resultaten te behalen, heeft het vele jaren vooruitgang gekost op het gebied van materialen,productie, ontwikkeling en controle.
De prestatie van Google is een mijlpaal in de ontwikkeling van toegepaste kwantumcomputers. Ik dacht dat het komende tijdperk een aparte naam nodig had - en kwam met de "lawaaierige quantum op gemiddeld niveau" of NISQ. Rijmt met risico. "Intermediate Level" gaat over de grootte van kwantumcomputers die steeds betaalbaarder worden. Met dit tempo kunnen ze straks taken uitvoeren die te zwaar zijn voor de huidige supercomputers. "Noisy" benadrukt onvolmaakte besturing en de resulterende fouten en fouten die zich in de loop van de tijd opstapelen. We kunnen nog geen lange berekening maken - het is onwaarschijnlijk dat het juiste antwoord voor ons zal uitblinken.
Het Google-team heeft bewezen dat het mogelijk is om een kwantummachine te bouwen die groot en nauwkeurig genoeg is om voorheen onmogelijke taken op te lossen. Laten we dit beschouwen als het begin van een nieuw tijdperk - het tijdperk van lawaaierige quanta of NISQ op gemiddeld niveau.
Wat gebeurt er daarna? Natuurlijk verwachten Google en andere hardwaremakers praktische toepassingen voor hun kwantumapparaten. Een krachtigere kwantumcomputer zal wetenschappers helpen nieuwe materialen en chemische verbindingen te ontwikkelen of tools voor machine learning te verbeteren, maar een lawaaierige kwantumcomputer met een paar honderd qubits zal weinig goeds doen. We hebben echter enkele praktische ideeën voor NISQ-computers die we gaan uitproberen. Door dit te doen, zullen we betere optimalisatiemethoden en nauwkeurigere fysische simulaties bereiken - hoewel we in werkelijkheid niet helemaal zeker zijn van succes. Maar het zal nog steeds interessant zijn om met NISQ-technologie te spelen om te zien wat het kan doen. ik ben aan het tellendat kwantumcomputers vroeg of laat onze samenleving zullen transformeren - ook al is dit een kwestie van de toekomst.
In een artikel uit 2012 waarin ik de term "kwantumsuprematie" bedacht, redeneerde ik: "Hoe is het om grootschalige kwantumsystemen te beheren? Gewoon "erg moeilijk" of "belachelijk moeilijk"? Als het eerste het geval is, kunnen we na een paar decennia hard werken misschien wel slagen. Als dat laatste het geval is, duurt het enkele eeuwen, en zelfs dan is het geen feit dat het zal werken. ' Recente vorderingen van het Google-team doen ons geloven dat we te maken hebben met de eerste zaak - gewoon 'heel moeilijk'. Als dat zo is, zal er de komende decennia een overvloed aan kwantumtechnologieën verschijnen.
James O'Brien
