Článek pochází z NZZ.ch
Doplňujici článek Golem.de
S pouhými 53 kvantovými bity kvantový procesor vyřešil problém, který ohromuje i ty nejrychlejší počítače. Skutečnost, že se jedná o speciální úkol šitý na míru kvantovému počítači, poněkud snižuje úspěch. Ale je to začátek.
Kvantový počítač poprvé vyřešil úkol, který je pro jakýkoli existující klasický počítač prakticky nemožný. Čip společnosti Sycamore společnosti Google vypočítal problém během několika minut, zatímco superpočítač by zabral tisíciletí. Společnost tak dosáhla již oznámené „kvantové nadřazenosti“ v roce 2017, jak ukazuje výzkumný článek, minulý týden se krátce objevil na webových stránkách spolupracujícího partnera Google NASA, ale poté byl stažen z mřížky. I když čip vyřešil pouze jediný, pro úlohu cvičení irelevantní. Nicméně fyzikové považují výsledek za průkopnický. Stejně jako dříve neexistuje kvantový počítač, který by byl v praxi výhodnější než běžný počítač.
0 i 1
Podle pravidel kvantové fyziky mohou kvantové počítače provádět obrovský počet výpočtových kroků současně, které by klasický počítač musel zpracovat jeden po druhém. K tomu využívá superpozici, která existuje pouze ve světě nejmenších částic. Například jedna částice, elektron, se může otáčet současně i doleva a doprava. Tuto dvojitou existenci lze v informačních technologiích použít jako tzv. Qubit. Tím jsou uloženy dvě hodnoty 0 a 1 současně, zatímco klasický bit může nahrávat pouze jednu z nich najednou. S každým dalším qubitem se počet možností zdvojnásobí. Google Sycamore procesor pracuje s 53 qubits. To může ušetřit asi 100 milionů miliard kombinací 0 a 1.
Pro výpočet musí být qubity spojeny dohromady. Program spojuje qubity v párech v určitém pořadí v závislosti na konkrétním problému, který má být vyřešen.
V praxi je však takový výpočet náchylný k chybám, protože qubity reagují velmi citlivě na vlivy prostředí. Potřebné stínění opět ztěžuje čtení výsledků. Odborníci se domnívají, že to funguje pouze pro určité aplikace, jako jsou optimalizační úkoly nebo strojové učení.
Tyto aplikace jsou zajímavé pro datovou společnost, jako je Google. Již v roce 2014 najala společnost jednoho z předních fyziků v oboru: John Martinis z University of California v Santa Barbara. Jeho tým vyvíjí čipy s supravodivými qubits. Jsou to něco jako umělé atomy. Jedná se o obrobené komponenty, v případě hliníku a india Sycamore. Elektrony se chovají jako křivky při teplotách blízkých absolutní nule. Pomocí mikrovlnných signálů je lze propojit a výsledky přečíst.
Aby společnost Google prokázala kvantovou nadřazenost, spustila jakýsi náhodný algoritmus. Toto propojilo qubits dohromady v náhodném pořadí. Poté bylo provedeno měření. Tento proces se opakoval milionkrát. Tímto způsobem kvantový počítač vygeneroval během několika minut chaotickou sbírku kombinací 0 a 1. To se mírně odchyluje od čisté náhody, některé varianty jsou častější než jiné. Odpovídající rozdělení pravděpodobnosti lze simulovat s klasickým počítačem. To by však vyžadovalo tisíciletí kvůli enormním požadavkům na úložiště, jak ukázaly testy na nejrychlejším superpočítačovém summitu v USA, ve kterých částech úkolu byly vypočteny az toho byl odhadnut celkový výpočetní čas.
Mezník s omezeními
Je to rozhodující milník, říká Frank Wilhelm-Mauch ze Sárské univerzity. Fyzik vede projekt EU OpenSuperQ, jehož záměrem je v příštích třech letech postavit na Forschungszentrum Jülich kvantový počítač se supravodivými qubity. Oceňuje „úžasný technický výkon“ společnosti Google. Je to jen začátek. Aby praktické úkoly, jako je simulace molekul při objevování léků, uspěly rychleji než v superpočítačích, byla by míra chyb qubits stále omezená a vyřešeno několik technických problémů, jako je integrace řídicí elektroniky do chlazené části kvantového počítače. Porovná nyní dosažený stánek s stadionovým kolem v maratonu.
Výsledek je velmi působivý, souhlasí Andreas Wallraff z ETH Curych, který také zkoumá supravodivé qubity. Sycamore je nejméně náchylný k chybám existující supravodivý kvantový čip této velikosti. Fyzik však trochu omezuje význam výsledku: Zkušební úloha byla navržena tak, aby byla pro čip stejně řešitelná, zatímco klasický počítač je obzvláště obtížný. Klasické počítače často používají speciální matematické struktury k rychlejšímu vyřešení problému, říká Wallraff. Náhodný charakter úkolu to znemožňuje.
Co to znamená lépe?
To, zda je kvantová nadřazenost vhodným kritériem pro posouzení kvality kvantového počítače, je v odborné komunitě sporné . Dalším kritériem je kvantová výhoda. Toho by bylo dosaženo pouze tehdy, pokud by kvantový počítač získal oproti praktickým počítačům významnou praktickou výhodu. Tak by tomu bylo například v případě, že by mohl hledat lék za stejnou cenu mnohem rychleji než konvenční počítač.
Ačkoli kvantová nadřazenost zní více bombasticky, je mnohem snazší dosáhnout než kvantová výhoda. Konkurent společnosti Google IBM používá třetí měřítko zvané kvantový objem. Shrnuje technická kritéria, která jsou považována za rozhodující pro výkon kvantového počítače. Kromě počtu qubitů to zahrnuje také jejich životnost a možnost jejich vzájemného propojení. Například v Sycamore Google lze propojit pouze přímo sousedící qubity.
Nicméně výsledek společnosti Google je velmi motivující, říká Wallraff. Je dokonce myslitelné, že inteligentně navržený algoritmus na Sycamore by vyřešil praktický úkol, říká Tomasso Calarco z Forschungszentrum Jülich. Tým Google kolem Johna Martinise souhlasí: „Jsme jen kreativní algoritmus mimo cenné aplikace,“ uzavírá její publikace.
Přidat komentář