Nye drejninger på vejen til Quantum Supremacy

IBM

Efter årtiers hype og overskrifter er kvantecomputere endelig klar til at demonstrere deres overlegenhed i forhold til konventionelle maskiner.

Præcis hvornår dette vil ske, er dog lidt uklart. Hvad mere er, vil der gå et stykke tid endnu, før disse magiske maskiner vil have nogen mærkbar indflydelse på vores liv.

Punktet, hvor en kvantemaskine skulle være i stand til at udføre beregninger, der er for komplekse til at modellere på enhver konventionel maskine, et vartegn kendt som kvanteoverherredømme, menes at være omkring 49 qubits, kvanteækvivalenten af ​​de bits, der repræsenterer en eller 0 i en konventionel computer.

Googles forskere ser ud til at være førende i kapløbet om en 49-qubit-maskine (se Googles nye chip er en springbræt til Quantum Computing Supremacy). Tidligere på ugen, men forskere ved IBMs kvanteforskningslaboratorium i Yorktown Heights, New York, demonstreret at det er muligt at modellere adfærden af ​​en kvantecomputer ud over 49-qubit vartegn ved at udnytte flere smarte matematiske teknikker. IBM tillader også programmører at eksperimentere med sine kvantecomputere gennem en cloud-platform kaldet IBM Q .

To IBM-kvantecomputerforskere, Hanhee Paik (til venstre) og Sarah Sheldon, undersøger en af ​​virksomhedens maskiner. IBM

Vi tror ikke, at der vil være et enkelt vartegn eller metrik til at måle en kvantecomputers evne, siger Bob Wisnieff , en forsker hos IBM, der er involveret i det nye simuleringsarbejde. Vi kigger aktivt på metoder, der viser kvantemaskiner har en fordel i forhold til klassiske systemer.

En kvantecomputer skal bruge væsentligt mere end 49 qubits for at være nyttig. Den bedste foranstaltning vil være at tackle reelle problemer, og det er stadig uklart, hvornår det bliver muligt, selvom momentum er ved at opbygges.

For at overgå, hvad konventionelle computere kan opnå ved at behandle information i form af konventionelle bits, udnytter kvantecomputere fysikkens kontraintuitive, probabilistiske natur på atom- og subatomær skala. Ved at udnytte superposition og sammenfiltring – begreber, der forvirrede og irriterede Einstein – kan disse maskiner beregne på en fundamentalt anderledes måde og udføre uhyre komplekse beregninger ved hastigheder, som ellers ville være utænkelige (se 10 Breakthrough Technologies 2017: Praktiske kvantecomputere).

På trods af frem og tilbage over målingen af ​​en kvantecomputers kapacitet, er konsensus blandt eksperter, at det stadig ville være et væsentligt skridt at nå 49 qubits. Ethvert system med mange qubits er umagen værd, for for at komme til 1.000 eller 1.000.000 qubits skal vi først håndtere 100, siger Christopher Monroe , en professor ved University of Maryland, der studerer kvanteinformationsteori. Simulering af kvantekomponenter spiller en vigtig rolle i at drive fremskridt hen imod mere komplekse systemer, da det ikke altid er praktisk at teste et designs adfærd ved hjælp af ægte hardware.

Både Google og IBM udvikler deres maskiner ved hjælp af superledende kredsløb afkølet til ekstreme temperaturer. IBM har annonceret en 16-qubit-maskine, og det menes, at Google har en 22-qubit-maskine, selvom virksomheden endnu ikke officielt har bekræftet dette.

IBMs 16-qubit-chip.

Mens de kapløb om at bygge de første praktiske kvantecomputere, knokler de involverede også med at udvikle de softwareværktøjer, der vil gøre disse maskiner nyttige. Ud over IBMs cloud-platform, Google og en californisk startup kaldet Rigetti Computing i denne uge annonceret software til at konvertere kemiske simuleringer til en form, som en kvantecomputer kan håndtere. Denne nye software, kaldet OpenFermion , er frit tilgængelig og designet til at fungere med andre kvantecomputere, inklusive IBM'er.

Kemi og materialevidenskab er det første mål for kvanteberegning, fordi teknologien kunne tilbyde en måde at modellere atomernes interaktioner på helt nye niveauer af kompleksitet (se Kemikere er først i køen til at drage fordel af kvanteberegning).

Relateret historie

Relateret historie

Monroe siger, at indsatser som IBM Q og OpenFermion vil vise sig at være afgørende for at åbne op for potentielle anvendelser af teknologien, efterhånden som den skaleres op.

Jeg tror på, at vi i de næste fem til 10 år vil have 100-plus-qubit-maskiner, der vil være tilgængelige for alle, og det vil være, når nyttige applikationer vil blive fundet, siger Monroe. Mit gæt er, at brugbare kvanteapplikationer først vil blive fundet, når vi bygger kvantemaskiner, der kan bruges af folk, der kender til vanskelige problemer inden for logistik, økonomiske markeder, mønstergenkendelse og modellering af materialer.

Interessen vokser for, om kvantecomputere også kan være nyttige til maskinlæring Andrew Childs , en anden professor ved University of Maryland, siger, at dette fortsat er en åben udfordring. Der er faktisk meget buzz om kvantemaskinelæring, siger han. Jeg synes, dette område er meget interessant, men dets løfte er langt fra klart.

Scott Aaronson , en professor ved University of Texas i Austin og leder af dets Quantum Information Center, sagde i en seneste blogindlæg at IBMs papir om kvanteoverherredømme ikke mindskede vigtigheden af ​​Googles mål om kvanteherredømme.

Taler via e-mail til MIT Technology Review , advarede Aaronson også om, at milepælen uden tvivl vil tiltrække betydelig hype. Selvfølgelig er der en risiko for, at quantum supremacy ting vil blive overhypet og misforstået, skrev han. Hvad har ikke været på dette felt?

skjule