Paul Sparks
0 
3889
821
Google právě udělal kvantový skok v informatice. Pomocí nejmodernějšího kvantového počítače společnosti, nazvaného Sycamore, Google prohlásil „kvantovou nadřazenost“ nad nejvýkonnějšími superpočítači na světě řešením problému, který je pro běžné stroje považován za prakticky nemožný..
Kvantový počítač dokončil komplexní výpočet za 200 sekund. Stejný výpočet by dokončil i ty nejvýkonnější superpočítače přibližně 10 000 let. Tým vědců vedený Johnem Martinisem, experimentálním fyzikem na kalifornské univerzitě v Santa Barbara, napsal ve své studii zveřejněné ve středu (23. října) v časopis Nature.
"Je pravděpodobné, že doba klasické simulace, která se v současné době odhaduje na 10 000 let, bude zkrácena vylepšeným klasickým hardwarem a algoritmy," uvedl Brooks Foxen, postgraduální studentský výzkumník v Martinisově laboratoři. "Ale protože jsme v současné době 1,5 bilionkrát rychlejší, cítíme se pohodlně přihlašovat si tento úspěch," dodal s odkazem na nadřazenost kvantových počítačů.
Příbuzný: 18 krát kvantová fyzika krvácel naše mysli
Kvantové počítače využívají rozptýlené fyziky kvantové mechaniky k řešení problémů, které by byly pro klasické počítače na bázi polovodičů extrémně obtížné, ne-li nemožné..
Výpočet, který se Google rozhodl dobýt, je kvantovým ekvivalentem generování velmi dlouhého seznamu náhodných čísel a miliónkrát vyšší kontroly jejich hodnot. Výsledkem je řešení, které není zvlášť užitečné mimo svět kvantové mechaniky, ale má velké důsledky pro výpočetní výkon zařízení.
Síla v nejistotě
Obyčejné počítače provádějí výpočty pomocí „bitů“ informací, které, stejně jako vypínače on-and-off, mohou existovat pouze ve dvou stavech: buď 1 nebo 0. Kvantové počítače používají kvantové bity nebo „qubity“, které mohou existovat jako oba 1 a 0 současně. Tento bizarní důsledek kvantové mechaniky se nazývá superpoziční stav a je klíčem k výhodě kvantového počítače oproti klasickým počítačům.
Například pár bitů může uložit pouze jednu ze čtyř možných kombinací stavů (00, 01, 10 nebo 11) v kterémkoli daném okamžiku. Dvojice qubits může ukládat všechny čtyři kombinace současně, protože každý qubit představuje obě hodnoty (0 a 1) současně. Pokud přidáte další qubity, výkon vašeho počítače roste exponenciálně. Tři qubity ukládají osm kombinací, čtyři qubits ukládají 16 atd. Nový počítač Google s 53 qubity může uložit 253 hodnot, nebo více než 10 000 000 000 000 000 (10 kvadrilionů) kombinací. Toto číslo je ještě působivější, když do show vstoupí další základní a stejně bizarní vlastnost kvantové mechaniky: zapletené státy.
Příbuzný: 11 nejkrásnějších matematických rovnic
V jevu, který Albert Einstein popsal jako „strašidelný zásah na dálku“, se částice, které v určitém okamžiku interagovaly, mohou zapletnout. To znamená, že měřením stavu jedné částice můžete současně poznat stav druhé částice, bez ohledu na vzdálenost mezi částicemi. Pokud jsou zamotány kvantové počítače, lze je všechny měřit současně.
Kvantový počítač Google se skládá z mikroskopických obvodů supravodivého kovu, které ve složeném superpozičním stavu zaplétají 53 qubitů. Zamotané qubity generují náhodné číslo mezi nulou a 253, ale kvůli kvantové interferenci se některá náhodná čísla zobrazují více než jiná. Když počítač měří tato náhodná čísla miliónkrát, vychází z jejich nerovnoměrného rozdělení vzor.
„U klasických počítačů je mnohem obtížnější spočítat výsledek těchto operací, protože vyžaduje výpočet pravděpodobnosti, že budou v některém z 253 možných stavů, kde 53 pochází z počtu qubits - exponenciálního škálování [ státy] je důvod, proč mají lidé zájem o kvantové výpočty, “řekl Foxen.
Martinisova laboratoř s využitím zvláštních vlastností kvantového zapletení a superpozice vytvořila tento distribuční vzorec pomocí čipu Sycamore za 200 sekund.
Na papíře je snadné ukázat, proč by kvantový počítač mohl překonat tradiční počítače. Demonstrace úkolu v reálném světě je další příběh. Zatímco klasické počítače mohou ve svých procesorech ukládat miliony operačních bitů, kvantové počítače se snaží přizpůsobit počet bitů, se kterými mohou pracovat. Zapletené qubity se po krátkých obdobích odmotají a jsou citlivé na hluk a chyby.
Přestože je tento úspěch Google jistě výkonem ve světě kvantových výpočtů, pole je stále v plenkách a praktické kvantové počítače zůstávají daleko na obzoru, uvedli vědci.
- Fotografie: Velká čísla, která definují vesmír
- 9 čísel, která jsou chladnější než Pi
- 8 způsobů, jak můžete vidět Einsteinovu teorii relativity v reálném životě
Původně publikováno dne .