Cryostat tertinggi kuantum Google, dengan komputer kuantum Sycamore di dalamnya.
(Imej: © Erik Lucero / Google)
Kita baru memasuki usia ketuanan kuantum, kajian baru menunjukkan.
Buat pertama kalinya, komputer kuantum telah menyelesaikan masalah yang tidak dapat dilakukan oleh komputer tradisional, untuk semua tujuan praktikal, kata para penyelidik hari ini (23 Oktober) di jurnal Nature.
"Pengiraan yang memerlukan 10,000 tahun pada komputer super klasik memerlukan 200 saat di komputer kuantum kami," kata pengarang kajian Brooks Foxen, seorang penyelidik siswazah dalam bidang fizik di Google AI Quantum di Mountain View dan University of California, Santa Barbara, kata dalam satu kenyataan.
"Kemungkinan masa simulasi klasik, yang kini diperkirakan 10.000 tahun, akan dikurangkan dengan perkakasan dan algoritma klasik yang lebih baik, tetapi, kerana kami saat ini 1.5 trilion kali lebih cepat, kami merasa selesa untuk menuntut pencapaian ini," tambah Foxen.
Komputer kuantum menyimpan maklumat menggunakan zarah subatom, yang bertindak mengikut peraturan yang sangat berbeza daripada yang mengatur dunia makro kita. Sebagai contoh, zarah kuantum boleh wujud dalam "superposisi" dua keadaan yang berbeza pada masa yang sama, dan zarah dapat dipisahkan oleh tahun cahaya tetapi masih "terjerat, "mempengaruhi sifat masing-masing.
Keanehan ini adalah kunci kekuatan berpotensi luar biasa pengkomputeran kuantum. Kerana fenomena superposisi, komputer kuantum dapat menyimpan dan memanipulasi lebih banyak maklumat per unit volume daripada komputer tradisional, yang menyandikan maklumat dengan cara binari menggunakan 0s dan 1s. (Unit dasar maklumat dalam sistem pengkomputeran kuantum, dengan cara ini, dikenal sebagai qubit, yang merupakan kependekan dari "kuantum bit.")
Kajian baru memberi kita rasa kekuatan itu. Pasukan penyelidik, yang diketuai oleh Frank Arute dari Google AI Quantum, menggunakan komputer kuantum yang disebut Sycamore, yang menampilkan 53 qubit berfungsi (ditambah satu yang tidak berfungsi dengan baik).
Para saintis menjilidkan 53 qubit tersebut ke dalam keadaan superposisi yang kompleks, kemudian meminta Sycamore melakukan tugas yang serupa dengan penjanaan nombor rawak. Hasilnya kemudian dibandingkan dengan simulasi yang dijalankan di komputer super Summit di Makmal Nasional Oak Ridge di Tennessee.
"Summit saat ini adalah superkomputer terkemuka di dunia, yang mampu menjalankan kira-kira 200 juta bilion operasi sesaat," William Oliver, seorang ahli fizik di Massachusetts Institute of Technology, menulis dalam sebuah bahagian "Berita dan Tayangan" yang disertakan dalam terbitan Alam yang sama.
"Ia terdiri dari kira-kira 40.000 unit pemproses, masing-masing mengandungi berbilion transistor (suis elektronik), dan memiliki penyimpanan 250 juta gigabait. Kira-kira 99% sumber Summit digunakan untuk melakukan persampelan klasik," tambah Oliver, yang tidak terlibat dalam kajian baru.
Seperti yang dinyatakan oleh Foxen, Sycamore selesai dalam masa kira-kira 3.5 minit, dan kerja Summit menyarankan bahawa bahkan superkomputer tradisional yang paling kuat harus mengunyah masalah itu selama kira-kira 10,000 tahun.
"Demonstrasi ketuanan kuantum terhadap algoritma klasik terkemuka hari ini pada superkomputer terpantas di dunia benar-benar merupakan pencapaian yang luar biasa dan tonggak untuk pengkomputeran kuantum," tambah Oliver. "Ini secara eksperimental menunjukkan bahawa komputer kuantum mewakili model pengkomputeran yang pada dasarnya berbeza dari komputer klasik. Ia juga memerangi kritikan mengenai kebolehkendalian dan daya maju pengiraan kuantum dalam ruang komputasi yang sangat besar (mengandungi sekurang-kurangnya 253 keadaan yang digunakan di sini) ). "
(Tidak semua orang setuju bahawa makalah baru itu memang melaporkan "ketuanan", bagaimanapun. Sebagai contoh, penyelidik dari IBM berpendapat bahawa tugas yang dilakukan oleh Sycamore adalah tepat dalam jangkauan komputer klasik. "Kami berpendapat bahawa simulasi ideal dari tugas yang sama dapat dilakukan pada sistem klasik dalam 2.5 hari dan dengan kesetiaan yang jauh lebih besar, "tiga saintis IBM menulis dalam catatan blog pada 21 Oktober." Ini sebenarnya merupakan anggaran konservatif, terburuk, dan kami menjangkakan bahawa dengan penambahbaikan tambahan kos simulasi klasik dapat dikurangkan lagi. ")
Oliver juga menekankan, bagaimanapun, bahawa banyak pekerjaan masih perlu dilakukan sebelum komputer kuantum dapat menjadi bahagian penting dalam kehidupan seharian kita. Sebagai contoh, dia menulis, penyelidik perlu mengembangkan algoritma baru yang dapat berfungsi dengan pemproses kuantum yang ralat dan akan tersedia dalam masa terdekat. Dan, untuk menjadikan teknologi itu dapat digunakan secara komersial dalam jangka masa panjang, para saintis harus membuat protokol yang mantap untuk memperbaiki kesalahan kuantum.
- Ahli Fizik Membalikkan Masa untuk Zarah Kecil di dalam Komputer Kuantum
- Data Tidak Terkejut: Pertama, Komunikasi Kuantum Selamat Diuji Melalui Mikrosatelit
- Superkomputer Baru Akan Merentang Benua, Melebihi Tercepat di Dunia
Catatan editor: Kisah ini dikemas kini pada 24 Oktober untuk memasukkan pemikiran dari saintis IBM yang tidak menyangka kajian baru ini menunjukkan ketuanan kuantum.
Buku Mike Wall mengenai pencarian kehidupan asing, "Di luar sana"(Penerbitan Grand Central, 2018; digambarkan oleh Karl Tate, keluar sekarang. Ikuti dia di Twitter @michaeldwall. Ikuti kami di Twitter @Spacedotcom atau Facebook.
