Članek je ugibanje o lastnostih kvantnega računalnika, ki ga je objavil Google. V podjetju trdijo, da je "kvantni računalnik zmogel doseči tisto, kar bi sodobni računalniki potrebovali tisoče let." Časopis postavlja vprašanje: ali Googlova ekipa razume avto, ki so ga ustvarili? In ali ne bo "optimizirala" osebe?
V nedavnem članku Googlovega laboratorija Quantum Computing je objavljeno, da je podjetje doseglo kvantno premoč. To je samo pogovor, ampak kaj vse to pomeni?
Leta 2012 sem skoval izraz "kvantna superiornost" za točko, ko lahko kvantni računalniki počnejo tisto, kar klasični računalniki ne zmorejo - in ne glede na uporabnost nalog. S tem novim izrazom sem želel poudariti, kakšen zgodovinsko pomemben čas živimo. V čast mi je živeti v dobi razvoja informacijske tehnologije, ki temelji na načelih kvantne fizike.
Izraz "kvantna superiornost" - in res sam pojav - je povzročil veliko polemik. In iz dveh razlogov naenkrat. Prvič, beseda "superiornost" se sliši slabo s političnega vidika - vzbuja gnusna združenja z "belo superiornostjo." Drugič, ta izraz samo poslabša splošni hrup o kvantnih tehnologijah in tega je že preveč. Še vedno sem predvidel drugo, a sem popolnoma zgrešil prvo. Kakor koli že, izraz se je zataknil in zdaj ga je kvantna ekipa pri Googlu z navdušenjem sprejela.
V glavi sem šel še nekaj možnosti, vendar sem vse zavrnil, pri čemer sem se odločil, da "kvantna superiornost" najbolje odraža situacijo. Razmišljal sem tudi o "kvantni prednosti" - in ta izraz je tudi začel uporabljati. A za moj okus "superiornost" še vedno zveni bolj natančno in prepričljivo. Na dirki govorijo o prednosti, tudi če je en konj pred drugim manjši od telesa. Hitrost kvantnega računalnika za določena opravila je nekajkrat večja od klasičnega. Teoretično vseeno.
Nedavni Googlov članek to nazorno prikazuje. Z napravo s 53 kubiki (kvantnimi analogi bitov klasičnega računalnika) so lahko v nekaj minutah opravili kvantne izračune, ki bi trajali tisoč let za najmočnejše superračunalnike. Če je to res, potem je to izjemen dosežek v eksperimentalni fiziki in dokaz o brez primere razvoja kvantne strojne opreme. Vsem udeležencem eksperimenta iskreno čestitam.
Vendar pa je tu ulov. Googlova ekipa priznava, da je bila težava, ki jo je njihov stroj rešil z neverjetno hitrostjo, skrbno izbrana, da bi dokazala premoč kvantnega računalnika. Praktičnega smisla za njegovo reševanje ni. Skratka, kvantni računalnik je izvedel naključno izbrano zaporedje navodil, po katerem so izmerili vse kvite in na izhodu prejel malo vrvic. To je kvantno izračunavanje zelo majhne strukture. Da, takšna naloga je za klasični računalnik izjemno težka, vendar tudi odgovor ni zelo smiseln.
A rezultat je izjemen. S preverjanjem, ali se izhodi njihovega kvantnega računalnika ujemajo z rezultati klasičnega superračunalnika (no, seveda, če delovanje traja na tisoče let), je ekipa potrdila, da razumejo njihovo napravo in da deluje, kot je bilo pričakovano. Zdaj, ko smo ugotovili, da strojna oprema deluje, se lahko naloži z več koristnimi opravili.
Promocijski video:
Zakaj je pomembno preveriti delovanje opreme? Ker je zelo težko natančno nadzorovati kvantni računalnik. Preprosto upoštevanje kvantnega sistema ga v nekem smislu neizogibno krši - slovito Heisenbergovo načelo negotovosti. Če želimo tak sistem uporabiti za shranjevanje in zanesljivo obdelavo informacij, ga moramo ohraniti skoraj v idealnem primeru izoliranega od zunanjega sveta. Hkrati potrebujemo qubits, da medsebojno komuniciramo - želimo obdelati podatke. Poleg tega moramo sistem nadzorovati od zunaj in na koncu izmeriti qubits, da ugotovimo rezultat naših izračunov. Izredno težko je ustvariti kvantni sistem, ki ustreza vsem tem kriterijem. Za dosego trenutnih rezultatov je bilo potrebnih dolgoletni napredek na področju materialov oz.proizvodnja, razvoj in nadzor.
Googlov dosežek je mejnik v razvoju uporabnih kvantnih računalnikov. Mislil sem, da prihajajoča doba potrebuje ločeno ime - in izmislil sem "hrupno kvantno srednjo raven" ali NISQ. Rima s tveganjem. "Srednja raven" pomeni velikost kvantnih računalnikov, ki postajajo cenovno dostopnejši. S to hitrostjo bodo kmalu lahko opravili pretežke naloge za današnje superračunalnike. "Hrupno" poudarja nepopoln nadzor in posledične okvare in napake, ki se naberejo sčasoma. Še ne moremo opraviti dolgega izračuna - pravilen odgovor nam verjetno ne bo zasijal.
Googlova ekipa je dokazala, da je mogoče izdelati kvantni stroj dovolj velik in natančen za reševanje predhodno nemogočih nalog. Upoštevajmo to kot začetek nove dobe - dobe hrupnih kvantitet na srednji ravni ali NISQ.
Kaj se bo zgodilo? Seveda Google in drugi proizvajalci strojne opreme pričakujejo, da bodo našli praktične uporabe svojih kvantnih naprav. Zmogljivejši kvantni računalnik bo znanstvenikom pomagal razviti nove materiale in kemične spojine ali izboljšati orodja za strojno učenje, vendar bo hrupni kvantni računalnik z nekaj sto kubiki naredil malo dobrega. Vendar imamo nekaj praktičnih idej za računalnike NISQ, ki jih bomo preizkusili. S tem bomo dosegli boljše metode optimizacije in natančnejše fizikalne simulacije - čeprav v resnici nismo povsem prepričani v uspeh. Še vedno pa bo zanimivo igrati s tehnologijo NISQ, da vidimo, kaj lahko naredi. Računamda bodo kvantni računalniki slej ko prej preoblikovali našo družbo - tudi če je to stvar prihodnosti.
V članku iz leta 2012, v katerem sem skoval izraz "kvantna premoč", sem utemeljil: "Kako je upravljati obsežne kvantne sisteme? Samo "zelo težko" ali "smešno težko"? Če prvi, potem nam po nekaj desetletjih trdega dela morda uspe. Če slednje, potem bo trajalo več stoletij, pa tudi takrat ni dejstvo, da bo delovalo. Nedavni napredek Googlove ekipe nas je prepričal, da imamo opravka s prvim primerom - samo "zelo težko". V tem primeru se bo v prihodnjih desetletjih pojavilo obilje kvantnih tehnologij.
James O'Brien