211service.com
Et kvanteboost for en annen type datamaskin
S. Debnath
Kvantedatamaskiner som er i stand til overveldende beregninger, er endelig i horisonten. Men hvordan vil de første nyttige maskinene se ut?
Industrien tunge hitters inkludert IBM , Google , Microsoft , og Intel , samt noen få startups som Databehandling avslag og Quantum Circuits Incorporated , gjør alle jevne fremskritt mot mer dyktige kvantedatamaskiner ved å bruke superledende kretser avkjølt til ekstreme temperaturer.
I mellomtiden har to forskerteam vist at en tilnærming som i stor grad ignoreres av industrien – ved å bruke fangede atomer til å utføre beregninger – kan skaleres opp til et nytt kompleksitetsnivå og brukes til å utføre verdifullt arbeid. De resulterende systemene er ikke universelle kvantedatamaskiner som er i stand til å utføre noen beregninger, men de antyder at en atomær tilnærming kan ha mer potensial enn antatt. Arbeidet antyder også at atomer til slutt kan tilby en bedre måte å gjøre laboratoriesystemer om til praktiske kvantedatamaskiner i stor skala.
Den superledende tilnærmingen har vist seg vellykket delvis fordi ingeniørteknikkene som brukes til å fremstille silisiumkretser har blitt finpusset i løpet av de siste tiårene (se 10 Breakthrough Technologies 2017: Practical Quantum Computers ). Men det er mulig å bygge en kvantedatamaskin ved å bruke et bredt spekter av tilnærminger.
Relatert historie
Relatert historieI to papirer publisert i dag i tidsskriftet Natur , et team ved MIT og Harvard i Cambridge, Massachusetts, og et annet fra University of Maryland og National Institute of Standards i Washington DC, avslører at de har bygget spesialiserte typer kvantekalkulatorer, som hver bruker mer enn 50 qubits – vel utover det som var vist tidligere. I begge tilfeller laget forskerne kvantesimulatorer, maskiner som er i stand til å bruke analoge beregninger for å modellere hvordan kvantepartikler samhandler.
De to systemene bruker begge atomer, men fungerer på forskjellige måter. MIT-Harvard-systemet håndterer 51 qubits ved å bruke lasere for å fange nøytrale atomer i en eksitert tilstand. Maryland-NIST-maskinen, som håndterer 53 qubits, fanger ytterbiumioner på plass ved hjelp av gullbelagte elektroder. Sammen antyder de at en alternativ tilnærming til å bygge kvantemaskiner ennå kan ha potensial til å utfordre den som industrien forfølger.
Selv om systemet vårt ennå ikke utgjør en universell kvantedatamaskin, kan vi effektivt programmere den ved å kontrollere interaksjonene mellom qubitene, sier Mikhail Lukin , en fysiker ved Harvard som utviklet et av systemene i samarbeid med Vladan Vuletic ved MIT.
Will Zeng, en forsker ved Rigetti Computing, et selskap som har mottatt titalls millioner i risikofinansiering for å satse på kvantedatabehandling, sier kvantesimulering i denne skalaen er et betydelig skritt. Faktisk var simulering av kvanteeffekter det opprinnelige formålet med en kvantedatamaskin foreslått av fysiker Richard Feynman for mer enn 40 år siden. Nå er forskere i stand til å vise noe av potensialet som ligger i kvantedatamaskiner, så resultatene er spennende, sier han.
Kvantedatamaskiner fungerer på en fundamentalt annen måte enn konvensjonelle datamaskiner. Mens en vanlig datamaskin tar binære biter av informasjon, kodet som enten en eller 0 , og utfører beregninger på dem etter hverandre, utnytter en kvantedatamaskin to kontraintuitive trekk ved kvantemekanismen – sammenfiltring og superposisjon – for å utføre beregninger parallelt. Som et resultat kan den beregne med store mengder informasjon på langt kortere tid. Flere dusin kvantebiter kan utføre beregninger på milliarder av informasjonsbiter i ett trinn.
Teknologien forble en drøm blant fysikere i årevis, men den har utvilsomt et enormt potensial. Nå vokser spenningen om endelig å bygge maskiner som kan gjøre nyttig arbeid.
Benchmark på 50 qubit er betydelig fordi rundt det punktet blir kvantemaskiner i stand til å utføre beregninger som ville være vanskelig, om ikke umulig, å kjøre på selv den mest enorme superdatamaskinen som er tilgjengelig. Noen forskere omtaler dette som kvanteoverlegenhet (se Google Reveals a Blueprint for Quantum Supremacy og IBM hever standarden med en 50-Qubit Quantum Computer). Både IBM og Google utvikler superledende kvantedatamaskiner for generelle formål som kan bruke omtrent samme antall qubits.
Kanskje viktigere, qubitene i de nye atomsystemene kan være bedre egnet til å skalere opp, sier Chris Monroe , professor ved University of Maryland og hovedforfatter på en av avisene. Qubits i solid-state-systemer er ikke identiske, noe som betyr at et system må kalibreres nøye, og dette kan være vanskelig når størrelsen på en maskin vokser. Derimot er qubits laget ved hjelp av atomer, selv om de er vanskeligere å kontrollere, identiske og trenger ingen justering. Atomer er på en måte den perfekte qubit, sier Monroe. Han legger til at atomsystemer kan vise seg lettere å rekonfigurere, noe som gjør dem mer egnet til å takle et bredere spekter av problemer.
Det betyr ikke at det vil være enkelt for alle å bygge større, mer praktiske kvantesystemer. Vi tror vi kan gå til rundt tusen kvantebiter på en grei måte, men situasjonen er mindre klar utover det, sier Vuletic.
Like viktig, vi får bare hint om hvor nyttige kvantedatamaskiner egentlig vil være. I en landemerkestudie publisert i september, brukte et team ved IBM en kvantedatamaskin, kalt IBM Q, for å simulere strukturen til berylliumhydrid, det mest komplekse molekylet som noen gang er analysert på denne måten.
Vi vil sannsynligvis ikke vite hva disse maskinene er i stand til før mange flere ingeniører og programmerere får tak i dem. Vi begynner å bevege oss utover fysikkens æra til kvanteteknikk, sier UMDs Monroe.