Анализи

Google по пътя към квантово превъзходство

Иван Гайдаров

Google е на ръба да направи квантов скок в компютърните науки. Използвайки най-съвременния си квантов компютър, наречен Sycamore, компанията направи заявка за "квантово надмощие" над най-мощните суперкомпютри в света, като реши проблем, който се счита за практически невъзможен за решаване от нормалните машини.

Квантовият компютър на Google завършва сложното изчисление за 200 секунди, пише научното онлайн издание Livescience, като добавя, че същото изчисление ще отнеме дори най-мощните суперкомпютри приблизително 10 000 години. Медията цитира публикация на екипа от изследователи, ръководен от Джон Мартинис, експериментален физик от Калифорнийския университет в Санта Барбара, публикувано в сряда (23 октомври) в списание Nature.

"Обичайното време за симулация, което в момента се изчислява на 10 000 години, може да бъде намалено от подобрените класически хардуер и алгоритми. Но ние дори в момента сме 1,5 трилиона пъти по-бързи, затова се чувстваме комфортно с това постижение", обяснява Мартинис.

Квантовите компютри се възползват от умопомрачителната физика на квантовата механика, която дава възможност за решаване на проблеми, изключително трудни, ако не и невъзможни за решаване за класическите компютри, базирани на полупроводници.

Изчислението, което Google избира да реализира, е квантовият еквивалент на генерирането на много дълъг списък от случайни числа и проверка на техните стойности милиони пъти. Резултатът в крайна сметка не е особено полезен извън света на квантовата механика, но е показателен за технологичната мощ на машината.

Сила в несигурността

Обикновените компютри извършват изчисления, използвайки битове информация, които, като превключватели за включване и изключване, могат да съществуват само в две състояния - 1 или 0. Квантовите компютри използват квантови битове, или кубити, които могат да съществуват и като 1 и 0 едновременно. Това причудливо следствие от квантовата механика се нарича състояние на суперпозиция и е ключът към предимството на квантовия компютър пред класическите машини.

Например, двойка битове могат да съхраняват само една от четири възможни комбинации от състояния (00, 01, 10 или 11) в един и същ момент. Двойка кубити могат да съхраняват едновременно и четирите комбинации, тъй като всеки кубит представлява и двете стойности (0 и 1) едновременно. Ако добавите още кубити, мощността на вашия компютър нараства експоненциално. Три кубита съхраняват осем комбинации, четири кубита съхраняват 16 и т.н. Новият компютър на Google с 53 кубита може да съхранява 253 стойности или повече от 10 000 000 000 000 000 (10 квадрилиона) комбинации. Това число става още по-впечатляващо, когато в шоуто влезе друго фундаментално и също толкова странно свойство на квантовата механика - заплетените състояния.

Във феномен, описан от Алберт Айнщайн като "призрачно действие от разстояние", частиците, които са взаимодействали в даден момент от време, могат да се заплитат. Това означава, че измерването на състоянието на едната частица ви позволява едновременно да знаете състоянието на другата, независимо от разстоянието между тях. Ако кубитите на квантов компютър са заплетени, всички те могат да бъдат измерени едновременно.

Квантовият компютър на Google се състои от микроскопични вериги от свръхпроводящ метал, които заплитат 53 кубита в сложно състояние на суперпозиция. Заплетените кубити генерират произволно число между нула и 253, но поради квантовата интерференция някои случайни числа се показват повече от други. Когато компютърът измерва тези случайни числа милиони пъти, създава модел от неравномерното им разпределение.

Възползвайки се от странните свойства на квантовото заплитане и суперпозиция, лабораторията на Мартинис изгражда този модел на разпределение, използвайки чипа на Sycamore, за 200 секунди.

На хартия е лесно да се покаже защо квантовият компютър може да превъзхожда традиционните компютри. Реалната демонстрация обаче е друго нещо. Докато класическите компютри могат да подреждат милиони операционни битове в своите процесори, квантовите компютри се борят за мащабиране на броя на кубитите, с които могат да работят. Заплетените кубити се разплитат след кратки периоди и са податливи на грешки.

Въпреки че това постижение в Google със сигурност е подвиг в света на квантовите изчисления, сферата все още е в начален етап на развитие и практически полезните квантови компютри все още остават някъде в далечното бъдеще, казват изследователите.

X