Квантовий світ на порозі • Sycamore від Google

Квантовий світ на порозі • Sycamore від Google
0 голосів
1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (3 votes, average: 5,00 out of 5)
Loading...

Що вже непомітно приніс квантовий комп’ютер Google в веб…

Компанія Google стверджує, що її квантовий комп’ютер першим здійснив обчислення, яке було б практично неможливим для класичної машини. На мою думку, якось поза увагою пройшли події, що мають значний вплив на наше майбутнє. Саме тому вирішив донести і на наші терени звістку про справжню революцію в обчисленнях.

Квантовий комп’ютер є вузькоспеціалізованим прискорювачем обробки певних типів даних і потребує «особливого стану заплутанності» для кубітів* до початку їх взаємодії.

*квантовий біт

В Україні, насправді було кілька коротких звісток по темі, але, в якості адміністратора декількох десятків сайтів, я вже відчув великі зміни в можливостях обробки даних від Гугл. До прикладу, якщо рік-півтори тому бот від Гугл заходив на ваш сервер і порційно потижнево (зрідка щоденно – залежить від тематики сайту і тп) збирав собі на обробку дещицю сторінок, то зараз прилітає щодня і ковтає все… за раз. Тобто, можливості бота виросли в рази. При чім тут Гугл, спитаєте ви? Скажу, що Гугл і тут на передовій досліджень – в компанії з NASA та іншими Гугл від початку співпрацює з канадською фірмою D-Wave – розробником комерційних квантових комп’ютерів декількох поколінь. Тому вирішив вам дещо розповісти ))) До вашої уваги переклад з авторитетного видання A Nature Research Journal

Вчені з Google кажуть, що вони досягли квантової переваги, довгоочікуваної віхи в квантових обчисленнях. У дописі, опублікованому в “Nature” 23 жовтня, випливає витік ранньої версії документа п’ять тижнів тому, який Google не коментував на той час.

Перша у світі команда під керівництвом Джона Мартініса, фізика-експериментатора з Каліфорнійського університету в Санта-Барбарі та Google в Маунтін-В’ю, штат Каліфорнія, каже, що її квантовий комп’ютер здійснив конкретний розрахунок, що виходить за рамки практичних можливостей звичайного , «класичної» машини. Google підрахував, що цей же розрахунок потребує навіть найкращого класичного суперкомп’ютера за 10 000 років.

Квантове верховенство давно розглядалося як віха, оскільки це доводить, що квантові комп’ютери можуть перевершувати класичні комп’ютери, говорить Мартиніс. Незважаючи на те, що перевага тепер доведена лише для дуже конкретного випадку, це показує фізикам, що квантова механіка працює так, як очікувалося, коли їх запускають у складну проблему.

«Схоже, Google дав нам перші експериментальні докази того, що квантове прискорення досягається в реальній системі», – каже Мішель Сіммонс, квантовий фізик з Університету Нового Південного Уельсу в Сіднеї, Австралія.

Мартініс порівнює експеримент із програмою “Hello World”, яка тестує нову систему, доручаючи їй відображати цю фразу. Експеримент сам по собі не особливо корисний, але він говорить Google, що квантове обладнання та програмне забезпечення працюють коректно, каже він.

Про це досягнення вперше повідомили у вересні в Financial Times та інших виданнях, після того, як на веб-сайті NASA, який співпрацює з Google з питань квантових обчислень, вийшла рання версія документа, перш ніж швидко його зняли. На той час компанія не підтвердила і не коментувала подію.

Хоча підрахунок, який Google обрав – перевірка результатів квантового генератора випадкових чисел – має обмежене практичне застосування, «наукові досягнення є величезними, якщо вважати, що вони вдалі, і я припускаю, що буде далі», говорить Скотт Аронсон, теоретик з питань комп’ютерних досліджень в Техаському університеті в Остіні.

Дослідники поза Google вже давно намагаються вдосконалити класичні алгоритми, які використовуються для вирішення проблем, сподіваючись знизити оцінку фірми за 10 000 років. IBM, суперник Google у створенні кращих квантових комп’ютерів у світі, повідомив у препринтах 21 жовтня, що проблему можна було вирішити всього за 2,5 дня, використовуючи іншу «класичну техніку». Цей документ не був рецензований. Якщо IBM не помиляєтья, то це призведе до зменшення досягнень Google в демонстрації власної квантової «переваги» – робити обчислення набагато швидше, ніж класичний комп’ютер, але не те, що знаходиться поза його межами. Це все-таки буде важливим орієнтиром, каже Сіммонс. «Наскільки я знаю, це було вперше продемонстровано, тож це безумовно великий результат».

Швидкі рішення

Квантові комп’ютери працюють принципово іншим чином від класичних машин: класичний біт – це 1 або 0, але квантовий біт або кубіт може існувати в декількох станах одночасно, тобто бути нулем і одиницею одночасно. Коли кубіти нерозривно пов’язані між собою, фізики теоретично можуть використовувати інтерференцію між своїми квантовими станами, подібними до хвиль, щоб виконати розрахунки, які в іншому випадку можуть зайняти мільйони років.

Фізики вважають, що квантові комп’ютери невдовзі зможуть запускати революційні алгоритми, які можуть, наприклад, шукати громіздкі бази даних або великі числа – включаючи, що важливо, ті, які використовуються для шифрування. Але від цих додатків нас можуть відділяти ще десятки років. Чим більше кубітів пов’язано, тим важче підтримувати їх крихкі стани під час роботи пристрою. Алгоритм Google працює на квантовій мікросхемі, що складається з 54 кубітів, кожен з яких складається з надпровідних циклів. Але це крихітна частка з мільйона кубітів, яка може знадобитися для машини загального призначення.

Чіп Sycamore складається з 54 кубітів

Завдання, яке Google поставив перед своїм квантовим комп’ютером, є «трохи дивним», – говорить Крістофер Монро, фізик з університету штату Меріленд у Колледж-парку. Фізики Google вперше застосували це завдання в 2016 році, і його було надзвичайно важко виконати для звичайного комп’ютера. Команда кинула виклик своєму комп’ютеру, відомому як Sycamore, щоб описати ймовірність різних результатів від квантової версії генератора випадкових чисел. Вони роблять це за допомогою схеми, яка пропускає 53 кубіти через ряд випадкових операцій. Це генерує 53-розрядний рядок розміром 1s та 0s – із загалом 253 можливих комбінацій (лише 53 кубіти були використані через те, що один із 54-х сикаморів був зламаний). Процес настільки складний, що результат неможливо обчислити за першими принципами, а тому фактично випадковий. Але, внаслідок втручання між кубітами, деякі рядки чисел трапляються частіше, ніж інші. Це схоже на роботу прокатування завантаженого в матриці – вона все одно видає випадкове число, хоча деякі результати скоріше інших.

Сікамор (Sycamore) обчислював розподіл ймовірностей, підбираючи схему – запускаючи її мільйон разів і вимірюючи спостережувані вихідні рядки. Метод аналогічний прокату штампу для виявлення його зміщення. В одному сенсі, каже Монро, машина щодня робить щось, що роблять вчені: використовуючи експеримент, щоб знайти відповідь на квантову задачу, яку неможливо класично обчислити.

Ключова відмінність, за його словами, полягає в тому, що комп’ютер Google не є одноцільовим, а програмованим, і його можна застосувати до квантової схеми з будь-якими налаштуваннями.

Квантовий комп’ютер Google Sycamore перевершив результати генератора квантових випадкових чисел.

Перевірка рішення була ще одним завданням. Для цього команда порівняла результати з результатами моделювання менших і простіших версій мікросхем, які були зроблені класичними комп’ютерами, включаючи суперкомп’ютер Summit в Національній лабораторії Oak Ridge у штаті Теннессі. Екстраполюючи результати з цих прикладів, команда Google вважає, що моделювання повного контуру зайняло б 10000 років навіть на комп’ютері з мільйоном процесорних одиниць (що еквівалентно приблизно 100 000 настільних комп’ютерів). Сикамору знадобилося всього 3 хвилини і 20 секунд.

Google вважає, що їхні докази щодо квантової переваги є герметичними. Навіть якщо зовнішні дослідники скорочують час, необхідний для проведення класичного моделювання, квантове обладнання вдосконалюється – це означає, що для цієї проблематики звичайні комп’ютери навряд чи колись бути конкурентними, – каже Хартмут Невен, який керує командою з квантових обчислень Google.

Обмежені програми

Монро каже, що досягнення Google можуть принести користь квантовим обчисленням, залучивши в поле більше науковців та інженерів. Але він також попереджає, що новини можуть створити враження, що квантові комп’ютери ближче до основних практичних застосувань, ніж є насправді. «Історія з вулиці полягає в тому, що “вони нарешті побили звичайний комп’ютер”: так ось ми йдемо, два роки, і у нас буде такий “, – говорить він.

Насправді, додає Монро, вчені ще повинні довести, що програмований квантовий комп’ютер може вирішити корисну задачу, яку неможливо виконати іншим способом, наприклад, шляхом обчислення електронної структури певної молекули – шаленої проблеми, яка вимагає моделювання декількох квантових взаємодій. Ще одним важливим кроком, за словами Ааронсона, є демонстрація квантової переваги в алгоритмі, який використовує процес, відомий як виправлення помилок – метод виправлення помилок, спричинених шумами, які інакше зіпсують обчислення. Фізики вважають, що це буде важливо для того, щоб квантові комп’ютери функціонували в масштабі.

Компанія Google працює над обома цими віхами, каже Мартініс, і розкриє результати своїх експериментів у найближчі місяці.

Ааронсон каже, що експеримент Google, розроблений для демонстрації квантової переваги, може мати практичне застосування: він створив протокол для використання такого обчислення, щоб довести користувачеві, що біти, згенеровані квантовим генератором випадкових чисел, справді випадкові. Це може бути корисно, наприклад, у криптографії та деяких криптовалютах, безпека яких покладається на випадкові ключі.

Інженерам Google довелося здійснити цілий ряд удосконалень свого обладнання для управління алгоритмом, включаючи створення нової електроніки для управління квантовим ланцюгом і придумування нового способу підключення кубітів, каже Мартиніс. «Це дійсно основа того, як ми будемо масштабувати в майбутньому. Ми вважаємо, що ця основна архітектура – це шлях вперед», – говорить він.

Використано матеріали (оригінал): Nature

Додаткові матеріали по темі:

Високих вам швидкостей!

Залишайтеся в Темі і слідкуйте за оновленнями!

Якщо вам недостатньо викладеного матеріалу 😉 , чи

Якщо вам потрібна допомога/порада 

заповніть Заявку нижче