Googles kvantöverlästa kryostat, med Sycamore kvantdatorn inuti.
(Bild: © Erik Lucero / Google)
Vi har precis gått in i åldern kvantöverlägsenhet, föreslår en ny studie.
För första gången har en kvantdator löst ett problem som en traditionell dator för alla praktiska ändamål inte kan, berättade forskare idag (23 oktober) i tidskrift Nature.
"En beräkning som skulle ta 10 000 år på en klassisk superdator tog 200 sekunder på vår kvantdator", studerade medförfattare Brooks Foxen, en forskarstudent i fysik vid Google AI Quantum i Mountain View och University of California, Santa Barbara, sa i ett uttalande.
"Det är troligt att den klassiska simuleringstiden, som för närvarande beräknas till 10 000 år, kommer att reduceras genom förbättrad klassisk hårdvara och algoritmer, men eftersom vi för närvarande är 1,5 biljoner gånger snabbare känner vi oss bekväma att hävda denna prestation," tillade Foxen.
Kvantdatorer lagrar information med hjälp av subatomära partiklar, som uppträder enligt mycket andra regler än de som styr vår makrovärld. Till exempel kan kvantpartiklar existera i en "superposition" av två olika tillstånd på samma gång, och partiklar kan separeras med ljusår men ändå vara "intrasslad, "som påverkar varandras egenskaper.
Denna konstighet är nyckeln till den otroliga potentiella kraften kvantberäkning. På grund av superpositionfenomenet kan kvantdatorer lagra och manipulera mycket mer information per enhetsvolym än traditionella datorer, som kodar information på ett binärt sätt med 0s och 1s. (Den grundläggande informationsenheten i ett kvantberäkningssystem är förresten känd som en kvbit, som är förkortning för "kvantbiten.")
Den nya studien ger oss en smak av den kraften. Forskningsteamet, ledat av Frank Arute, från Google AI Quantum, använde en kvantdator som hette Sycamore, som innehöll 53 funktionella qubits (plus en som inte fungerade korrekt).
Forskarna förvirrade dessa 53 bitar i ett komplext tillstånd för superposition och fick sedan Sycamore att utföra en uppgift som liknar generering av slumptal. Resultaten jämfördes sedan med simuleringar som kördes på Summit-superdatorn vid Oak Ridge National Laboratory i Tennessee.
"Summit är för närvarande världens ledande superdator, som kan utföra cirka 200 miljoner miljarder operationer per sekund," skrev William Oliver, en fysiker vid Massachusetts Institute of Technology, i en medföljande "Nyheter och åsikter" i samma nummer av naturen.
"Den omfattar ungefär 40 000 processorenheter, som var och en innehåller miljarder transistorer (elektroniska omkopplare) och har 250 miljoner gigabyte lagring. Cirka 99% av toppmötets resurser användes för att utföra den klassiska provtagningen," tillade Oliver, som inte var inblandad i den nya studien.
Som Foxen noterade slutade Sycamore på cirka 3,5 minuter, och toppmötet föreslog att även den mest kraftfulla traditionella superdatorn skulle behöva tugga på problemet i cirka 10 000 år.
"Denna demonstration av kvantöverträffelse över dagens ledande klassiska algoritmer på världens snabbaste superdatorer är verkligen en anmärkningsvärd prestation och en milstolpe för kvantberäkning", tillade Oliver. "Det antyder experimentellt att kvantdatorer representerar en beräkningsmodell som skiljer sig grundläggande från den för klassiska datorer. Den bekämpar också kritik om kvantberäkningens styrbarhet och livskraft i ett utomordentligt stort beräkningsutrymme (som innehåller minst 253 tillstånd som används här )."
(Inte alla är överens om att den nya artikeln verkligen rapporterar "överlägsenhet". Till exempel hävdar forskare från IBM att uppgiften som utförs av Sycamore är väl inom räckhåll för en klassisk dator. "Vi hävdar att en idealisk simulering av samma uppgift kan utförs på ett klassiskt system på 2,5 dagar och med mycket större trovärdighet, "skrev tre forskare från IBM i ett blogginlägg den 21 oktober." Detta är i själva verket en konservativ, värsta uppskattning, och vi förväntar oss att med ytterligare förbättringar klassisk kostnad för simuleringen kan minskas ytterligare. ")
Oliver betonade dock att betydande arbete fortfarande måste göras innan kvantdatorer kan bli en viktig del av vår vardag. Till exempel, skrev han, kommer forskare att behöva utveckla nya algoritmer som kan arbeta med de felbenägna kvanteprocessorerna som kommer att finnas tillgängliga inom en snar framtid. Och för att göra tekniken kommersiellt livskraftig på lång sikt måste forskare utforma robusta protokoll för att korrigera kvantfel.
- Fysiker Omvänd tid för små partiklar i en kvantdator
- Oackliga data: I en första testas säker kvantkommunikation via mikrosatellit
- Ny superdator kommer att spänna kontinenter, överträffa världens snabbaste
Redaktörens anmärkning: Den här historien uppdaterades 24 oktober för att inkludera tankar från IBM-forskare som inte tror att den nya studien visar kvantöverträffelse.
Mike Walls bok om sökandet efter främmande liv, "Där ute"(Grand Central Publishing, 2018; illustrerad av Karl Tate), är ute nu. Följ honom på Twitter @michaeldwall. Följ oss på Twitter @Spacedotcom eller Facebook.
