Nye vendinger på veien til Quantum Supremacy

IBM

Etter flere tiår med hype og overskrifter, er kvantedatamaskiner endelig klar til å demonstrere sin overlegenhet over konvensjonelle maskiner.

Nøyaktig når dette vil skje er litt uklart. Dessuten vil det ta en stund før disse magiske maskinene vil ha noen merkbar innvirkning på livene våre.

Punktet der en kvantemaskin skal være i stand til å utføre beregninger som er for komplekse til å modellere på en hvilken som helst konvensjonell maskin, et landemerke kjent som kvanteoverlegenhet, antas å være omtrent 49 qubits, kvanteekvivalenten til bitene som representerer en eller 0 i en vanlig datamaskin.

Googles forskere ser ut til å være ledende i kappløpet om en 49-qubit-maskin (se Googles nye brikke er et springbrett til Quantum Computing Supremacy). Tidligere denne uken, men forskere ved IBMs kvanteforskningslaboratorium i Yorktown Heights, New York, demonstrert at det er mulig å modellere oppførselen til en kvantedatamaskin utover landemerket på 49 qubit ved å utnytte flere smarte matematiske teknikker. IBM tillater også programmerere å eksperimentere med sine kvantedatamaskiner gjennom en skyplattform kalt IBM Q .

To IBM-kvantedataforskere, Hanhee Paik (til venstre) og Sarah Sheldon, undersøker en av selskapets maskiner. IBM

Vi tror ikke det vil være et eneste landemerke eller metrikk for å måle evnen til en kvantedatamaskin, sier Bob Wisnieff , en forsker ved IBM som er involvert i det nye simuleringsarbeidet. Vi ser aktivt på metoder som viser kvantemaskiner har en fordel fremfor klassiske systemer.

En kvantedatamaskin vil trenge betydelig mer enn 49 qubits for å være nyttig. Det beste tiltaket vil være å takle reelle problemer, og det er fortsatt uklart når det vil bli mulig, selv om farten bygger seg opp.

For å overgå hva konvensjonelle datamaskiner kan oppnå ved å behandle informasjon i form av konvensjonelle biter, utnytter kvantedatamaskiner fysikkens kontraintuitive, sannsynlige natur på atomær og subatomær skala. Ved å utnytte superposisjon og sammenfiltring – konsepter som forvirret og irriterte Einstein – kan disse maskinene beregne på en fundamentalt annen måte, og utføre uhyre komplekse beregninger med hastigheter som ellers ville vært utenkelige (se 10 Breakthrough Technologies 2017: Practical Quantum Computers ).

Til tross for frem og tilbake over målingen av en kvantedatamaskins kapasitet, er konsensus blant eksperter at å nå 49 qubits fortsatt vil være et betydelig skritt. Ethvert system med mange qubits er verdt, fordi for å komme til 1 000 eller 1 000 000 qubits må vi håndtere 100 først, sier Christopher Monroe , en professor ved University of Maryland som studerer kvanteinformasjonsteori. Simulering av kvantekomponenter spiller en viktig rolle i å drive fremgang mot mer komplekse systemer, siden det ikke alltid er praktisk å teste oppførselen til et design ved å bruke ekte maskinvare.

Både Google og IBM utvikler maskinene sine ved å bruke superledende kretser avkjølt til ekstreme temperaturer. IBM har annonsert en 16-qubit-maskin, og det antas at Google har en 22-qubit-maskin, selv om selskapet ennå ikke har bekreftet dette offisielt.

IBMs 16-qubit-brikke.

Mens de raser for å bygge de første praktiske kvantedatamaskinene, strever de involverte også med å utvikle programvareverktøyene som vil gjøre disse maskinene nyttige. I tillegg til IBMs skyplattform, denne uken Google og en California-basert oppstart kalt Rigetti Computing annonsert programvare for å konvertere kjemiske simuleringer til en form som en kvantedatamaskin kan håndtere. Denne nye programvaren, kalt OpenFermion , er fritt tilgjengelig og designet for å fungere med andre kvantedatamaskiner, inkludert IBM.

Kjemi og materialvitenskap er det første målet for kvanteberegning fordi teknologien kan tilby en måte å modellere interaksjonene mellom atomer på helt nye nivåer av kompleksitet (se Kjemister er først i kø for å dra nytte av kvanteberegning ).

Relatert historie

Relatert historie

Monroe sier at innsats som IBM Q og OpenFermion vil vise seg å være avgjørende for å åpne opp potensielle anvendelser av teknologien når den skaleres opp.

Jeg tror vi i løpet av de neste fem til 10 årene vil ha 100-pluss-qubit-maskiner som vil være tilgjengelige for hvem som helst, og dette vil være når nyttige applikasjoner vil bli funnet, sier Monroe. Min gjetning er at nyttige kvanteapplikasjoner først vil bli funnet når vi bygger kvantemaskiner som kan brukes av folk som vet om vanskelige problemer innen logistikk, økonomiske markeder, mønstergjenkjenning og modellering av materialer.

Interessen øker for om kvantedatamaskiner også kan være nyttige for maskinlæring Andrew Childs , en annen professor ved University of Maryland, sier at dette fortsatt er en åpen utfordring. Det er virkelig mye buzz om kvantemaskinlæring, sier han. Jeg synes dette området er veldig interessant, men løftet er langt fra klart.

Scott Aaronson , en professor ved University of Texas i Austin og leder av Quantum Information Center, sa i en siste blogginnlegg at IBMs artikkel om kvanteoverlegenhet ikke reduserte viktigheten av Googles mål om kvanteoverlegenhet.

Snakker via e-post til MIT Technology Review , advarte Aaronson også om at milepælen uten tvil vil tiltrekke seg betydelig hype. Selvfølgelig er det en risiko for at quantum supremacy ting vil bli overhypet og misforstått, skrev han. Hva har ikke vært på dette feltet?

gjemme seg