Google наближає цивілізацію до квантових обчислень, і цей розвиток змінить комп'ютер і, швидше за все, світ. Розроблений Google квантовий комп'ютер під назвою Sycamore за лічені секунди вирішив проблему, яка вимагатиме «звичайного» суперкомп'ютера 10000 років.
Чи настало століття квантових обчислень? Чи досяг Google «квантової переваги»? А що для вас значать квантові обчислення?
Що таке квантові обчислення?
Квантові обчислення фундаментально змінюють, як комп'ютери обробляють дані, використовуючи квантову фізику.
Звичайний напівпровідниковий процесор (наприклад, у вашому ноутбуці або смартфоні) використовує «біти» інформації. Біти існують як 1 або 0, щось на зразок перемикача, який увімкнено або вимкнено. Біти можуть існувати тільки як 1 або 0 на традиційному обладнанні.
Квантові комп'ютери використовують квантові біти, відомі як «кубіти». Кубит може існувати як 1 і 0 одночасно. Здатність кубіту утримувати свій стан як 1 і 0 є центральним принципом квантових обчислень і відома як суперпозиція.
Суперпозиція дозволяє виконувати кілька розрахунків одночасно. Але для цього кубіти повинні бути синхронізовані з використанням квантового ефекту, відомого як заплутування.
Все ще не впевнені? Ось квантові обчислення, пояснені за 60 секунд
Що таке квантова перевага?
Хоча це звучить як назва насиченого діями фільму про Джеймса Бонда, квантова перевага є набагато більш революційною. Квантова перевага - це назва, дана моменту, коли квантовий комп'ютер виконує обчислення швидше, ніж класичний комп'ютер.
Google стверджує, що їх квантовий процесор Sycamore вперше досяг квантової переваги. Команда дослідників на чолі з Джоном Мартінісом, фізиком-експериментатором з Каліфорнійського університету, поставила квантовому процесору завдання випадкової вибірки. Завдання вибірки виконує набір чисел з дійсно випадковим розподілом.
«Цілком ймовірно, що час класичного моделювання, яке в даний час оцінюється в 10 000 років, буде скорочено за рахунок поліпшення класичного апаратного забезпечення і алгоритмів», - сказав Брукс Фоксен, дослідник аспірантів в лабораторії Мартіні. «Але оскільки в даний час ми працюємо в 1,5 трильйона разів швидше, ми відчуваємо себе комфортно, претендуючи на це досягнення».
Чи досяг Google квантової переваги?
Документ, що деталізує експерименти з квантової переваги, просочився на сайт НАСА. Незважаючи на те, що він був швидко відключений від мережі, він привернув увагу багатьох людей завдяки своїм сміливим заявам. Відтоді газета офіційно опублікована в науковому журналі Nature.
Однак IBM не переконана.
За кілька днів до офіційного випуску документа про квантову перевагу Google IBM випустила документ, в якому стверджується, що такий же приріст продуктивності може працювати і на класичному апаратному забезпеченні, враховуючи час для створення розширень для суперкомп'ютера. Таким чином, хоча Google стверджує, що він досяг квантової переваги, IBM стверджує, що цього не сталося, тому що якби з часом він міг теоретично розширити свій суперкомп'ютер Summit в Національних лабораторіях Ок-Ріджа, щоб виконати те ж завдання за "приблизно два з половиною дні" ".
Заяви IBM не безпідставні, хоча і не відображені в науковому і комп'ютерному співтоваристві.
"Папір Google повідомляє про значний прогрес. Ми бачимо чудове виготовлення, прекрасну діагностику, реальну турботу про всі деталі, які роблять це прогресом ", - говорить сер Пітер Найт, президент Інституту фізики і член правління Стратегічної консультативної ради з квантової технології.
"Тим не менш, у статті є ряд припущень. Як і Google, IBM також дуже уважно стежила за тим, як суперкомп'ютерні класичні симуляції можуть бути виконані по-іншому, щоб перевірити ідею «обчислювальної переваги». До тих пір, поки у квантового співтовариства не буде можливості протестувати дані експерименту з використанням чіпа Sycamore, питання про те, наскільки Google це досяг, залишається відкритим питанням. Але наука прогресує, оскаржуючи припущення, і я очікую побачити більше цього ".
Поки IBM не зможе надати докази того, що суперкомп'ютер Summit може виконати той же тест протягом розумного періоду часу, Google досяг квантової переваги.
Що для вас означає квантова перевага?
У короткостроковій перспективі квантова перевага і квантові обчислення мало що значать для звичайних користувачів комп'ютерів. Квантові обчислення - це ітеративний процес. Розробка Google - це захоплюючий і інтригуючий крок вперед. Але, як сучасні обчислення зажадали часу, так і квантові обчислення.
Друге, що потрібно враховувати, - це те, що квантовий комп'ютер вимагає феноменального охолодження. Квантовий комп'ютер вимагає рідкого азоту для роботи. Неможливо повторити ступінь охолодження, необхідний для перенесення квантових обчислень на смартфон або ноутбук. Технологія не існує.
Що стосується першого пункту, це довгострокова мета. Перші комп'ютери були розміром з цілу кімнату і вимагали цілої команди вчених для запуску і програмування. Квантові обчислення знаходяться на тій же стадії.
Інші сумніваються, що квантові обчислення колись замінять класичні напівпровідникові обчислення. Закон Мура говорить, що число транзисторів у процесорі буде подвоюватися кожні два роки, збільшуючи при цьому обчислювальну потужність. (Це не диктує, що обчислювальна потужність збільшиться, що є неправильним поданням закону.)
Прогноз виявився вірним протягом чотирьох десятиліть, хоча сам Гордон Мур вважає, що прогрес досягне насичення «в найближче десятиліття або близько того».
Навіть з можливим і ймовірним уповільненням напівпровідникових процесорів, обчислювальна потужність буде продовжувати рости. Брайан Крзанич, колишній генеральний директор Intel, підтвердив, що масштабування процесорів Intel «ближче до двох з половиною років, ніж до двох», але що компанія продовжить прагнути до підвищення продуктивності процесорів.
Квантові обчислення - це всього лише одна альтернатива, про класичну обробку напівпровідників, коли закон Мура закінчується.
Що таке закон Невена?
Закон Невена визначає, як швидко поліпшуються квантові процесори, і названий на честь Хартмута Невена, директора лабораторії квантового штучного інтелекту в Google.
Закон Невена свідчить, що потужність квантової обробки зростатиме з подвійною експоненціальною швидкістю - це шалено швидко. Наприклад, обчислювальна потужність збільшується в 2 ст.12-1 (4), потім 2-2-2 (16), потім 2-2-3 (256), потім в 2-2-4 (65 536) і скоро. Використовуючи цей формат, ви можете побачити, як швидкість обробки даних значно зросте.
Квантова перевага тут
Розвиток квантової переваги Google є новаторським. Незважаючи на зусилля IBM підірвати квантову розробку, Google просуває квантові обчислення вперед. Якщо вчені зможуть знайти провину в претензіях Google, то процес і розвиток стануть для нього сильнішими.
Квантові обчислення - складна область обчислень і науки для багатьох. Ідеї є абстрактними і величезними частинами, результати важко піддаються обробці і впливають невідомо.
Тим не менш, є деякі області, на які впливають квантові обчислення, які добре зрозумілі. Квантові комп'ютери можуть означати кінець криптографії оскільки ми знаємо це. І це вплив, який зачіпає всіх.