Google tog precis ett kvantesprång inom datavetenskap. Genom att använda företagets modernaste kvantdator, kallad Sycamore, har Google gjort anspråk på "kvantöverlägsenhet" över världens starkaste superdatorer genom att lösa ett problem som anses vara praktiskt taget omöjligt för normala maskiner.
Kvantdatorn slutförde den komplexa beräkningen på 200 sekunder. Samma beräkning skulle ta till och med de mest kraftfulla superdatorerna ungefär 10 000 år att avsluta, skrev forskargruppen, ledd av John Martinis, en experimentell fysiker vid University of California, Santa Barbara, i sin studie publicerad onsdag (23 oktober) i tidskriften Nature.
"Det är troligt att den klassiska simuleringstiden, som för närvarande beräknas till 10 000 år, kommer att reduceras genom förbättrad klassisk hårdvara och algoritmer," sa Brooks Foxen, forskarstuderande i Martinis laboratorium, i ett uttalande. "Men eftersom vi för närvarande är 1,5 biljoner gånger snabbare, känner vi oss bekväma att hävda denna prestation," tillade han och hänvisade till överlägsenheten hos kvantdatorer.
Kvantdatorer drar nytta av kvantmekanikens knäcka fysik för att lösa problem som skulle vara extremt svårt, om inte omöjligt, för klassiska, halvledarbaserade datorer att lösa.
Beräkningen som Google valde att erövra är kvantekvivalenten för att generera en mycket lång lista med slumpmässiga nummer och kontrollera deras värden en miljon gånger över. Resultatet är en lösning som inte är särskilt användbar utanför kvantmekanikens värld, men den har stora konsekvenser för en enhets bearbetningskraft.
Styrka i osäkerhet
Vanliga datorer utför beräkningar med "bitar" av information, som, liksom av / på-omkopplare, kan existera endast i två tillstånd: antingen 1 eller 0. Kvantdatorer använder kvantbitar eller "qubits", som kan existera som båda 1 och 0 samtidigt. Denna bisarra konsekvens av kvantmekanik kallas ett superpositionstillstånd och är nyckeln till kvantdatorens fördel jämfört med klassiska datorer.
Till exempel kan ett par bitar lagra bara en av fyra möjliga kombinationer av tillstånd (00, 01, 10 eller 11) vid varje given tidpunkt. Ett par qubits kan lagra alla fyra kombinationer samtidigt, eftersom varje qubit representerar båda värdena (0 och 1) på samma gång. Om du lägger till fler qubits växer datorns kraft exponentiellt. Tre qubits lagrar åtta kombinationer, fyra qubits butik 16, och så vidare. Googles nya dator med 53 bitar kan lagra 253 värden, eller mer än 10.000.000.000.000.000 (10 kvadrilljoner) kombinationer. Detta antal blir ännu mer imponerande när en annan grundläggande och lika bisarr egenskap hos kvantmekanik kommer in i showen: intrasslade tillstånd.
I ett fenomen som Albert Einstein beskriver som "skrämmande handling på avstånd", kan partiklar som samverkat vid någon tidpunkt intrassla. Detta betyder att man mäter tillståndet för en partikel så att du samtidigt kan känna till den andra, oavsett avståndet mellan partiklarna. Om kvantdatorens bitar är sammankopplade kan de alla mätas samtidigt.
Googles kvantdator består av mikroskopiska kretsar av supraledande metall som förvirrar 53 bitar i ett komplext superpositionstillstånd. De sammankopplade bitarna genererar ett slumpmässigt antal mellan noll och 253, men på grund av kvantinterferens dyker upp några slumpmässiga siffror mer än andra. När datorn mäter dessa slumpmässiga nummer miljoner gånger uppstår ett mönster från deras ojämna fördelning.
"För klassiska datorer är det mycket svårare att beräkna resultatet av dessa operationer, eftersom det kräver beräkningar av sannolikheten att vara i något av de 253 möjliga tillstånden, där 53 kommer från antalet qubits - den exponentiella skalningen är därför folk är intresserade av kvantberäkning till att börja med, sade Foxen.
Med utnyttjande av de konstiga egenskaperna hos kvantförvirring och superposition producerade Martinis laboratorium detta distributionsmönster med hjälp av Sycamore-chipet på 200 sekunder.
På papper är det lätt att visa varför en kvantdator kan överträffa traditionella datorer. Att visa uppgiften i den verkliga världen är en annan historia. Medan klassiska datorer kan stapla miljoner operativa bitar i sina processorer, kämpar kvantdatorer att skala antalet qubits de kan arbeta med. Intrasslade qubits blir orörda efter korta perioder och är känsliga för brus och fel.
Även om denna Google-prestation verkligen är en prestation i kvantberäkningsvärlden, är fältet fortfarande i sin barndom och praktiska kvantdatorer förblir långt i horisonten, säger forskarna.
- Foton: Stort antal som definierar universum
- 9 siffror som är svalare än Pi
- 8 sätt du kan se Einsteins relativitetsteori i verkliga livet
