Googles Quanten-Kryostat mit dem Sycamore-Quantencomputer im Inneren.
(Bild: © Erik Lucero / Google)
Wir haben gerade das Alter von eingegeben Quantenüberlegenheitschlägt eine neue Studie vor.
Zum ersten Mal hat ein Quantencomputer ein Problem gelöst, das ein herkömmlicher Computer für alle praktischen Zwecke nicht lösen kann, berichteten Forscher heute (23. Oktober) in der Zeitschrift Nature.
"Eine Berechnung, die auf einem klassischen Supercomputer 10.000 Jahre dauern würde, dauerte auf unserem Quantencomputer 200 Sekunden", sagte der Co-Autor der Studie, Brooks Foxen, ein Doktorand in Physik bei Google AI Quantum in Mountain View und der University of California in Santa Barbara. sagte in einer Erklärung.
"Es ist wahrscheinlich, dass die klassische Simulationszeit, die derzeit auf 10.000 Jahre geschätzt wird, durch verbesserte klassische Hardware und Algorithmen verkürzt wird. Da wir derzeit 1,5 Billionen Mal schneller sind, fühlen wir uns wohl, wenn wir Anspruch auf diese Leistung erheben", fügte Foxen hinzu.
Quantencomputer speichern Informationen mit subatomaren Partikeln, die sich nach ganz anderen Regeln verhalten als diejenigen, die unsere Makrowelt regieren. Zum Beispiel können Quantenteilchen in einer "Überlagerung" von zwei verschiedenen Zuständen gleichzeitig existieren, und Teilchen können durch Lichtjahre getrennt sein und dennoch "verwickelt, "die Eigenschaften des anderen beeinflussen.
Diese Verrücktheit ist der Schlüssel zu der unglaublichen potentiellen Kraft von Quanten-Computing. Aufgrund des Überlagerungsphänomens können Quantencomputer weitaus mehr Informationen pro Volumeneinheit speichern und bearbeiten als herkömmliche Computer, die Informationen binär mit 0s und 1s codieren. (Die grundlegende Informationseinheit in einem Quantencomputersystem ist übrigens als Qubit bekannt, was für "Quantenbit" steht.)
Die neue Studie gibt uns einen Vorgeschmack auf diese Kraft. Das Forschungsteam unter der Leitung von Frank Arute von Google AI Quantum verwendete einen Quantencomputer namens Sycamore, der 53 funktionale Qubits enthielt (plus eines, das nicht richtig funktionierte).
Die Wissenschaftler verwickelten diese 53 Qubits in einen komplexen Überlagerungszustand und ließen Sycamore dann eine Aufgabe ausführen, die der Erzeugung von Zufallszahlen ähnelt. Die Ergebnisse wurden dann mit Simulationen verglichen, die auf dem Summit-Supercomputer im Oak Ridge National Laboratory in Tennessee durchgeführt wurden.
"Summit ist derzeit der weltweit führende Supercomputer, der in der Lage ist, etwa 200 Millionen Milliarden Operationen pro Sekunde auszuführen", schrieb William Oliver, Physiker am Massachusetts Institute of Technology, in einem begleitendes Stück "News and Views" in der gleichen Ausgabe der Natur.
"Es umfasst ungefähr 40.000 Prozessoreinheiten, von denen jede Milliarden von Transistoren (elektronische Schalter) enthält, und verfügt über 250 Millionen Gigabyte Speicher. Ungefähr 99% der Ressourcen von Summit wurden für die Durchführung der klassischen Abtastung verwendet", fügte Oliver hinzu, der nicht beteiligt war in der neuen Studie.
Wie Foxen feststellte, war Sycamore in etwa 3,5 Minuten fertig, und die Gipfeltreffen deuteten darauf hin, dass selbst der leistungsstärkste traditionelle Supercomputer etwa 10.000 Jahre lang an dem Problem kauen müsste.
"Diese Demonstration der Quantenüberlegenheit gegenüber den heute führenden klassischen Algorithmen auf den schnellsten Supercomputern der Welt ist wirklich eine bemerkenswerte Leistung und ein Meilenstein für das Quantencomputing", fügte Oliver hinzu. "Es legt experimentell nahe, dass Quantencomputer ein Computermodell darstellen, das sich grundlegend von dem klassischer Computer unterscheidet. Es bekämpft außerdem Kritik an der Steuerbarkeit und Lebensfähigkeit der Quantenberechnung in einem außerordentlich großen Rechenraum (der mindestens die hier verwendeten 253 Zustände enthält) ). "
(Nicht alle sind sich einig, dass das neue Papier tatsächlich von "Überlegenheit" berichtet. Beispielsweise argumentieren Forscher von IBM, dass die von Sycamore ausgeführte Aufgabe in Reichweite eines klassischen Computers liegt. "Wir argumentieren, dass eine ideale Simulation derselben Aufgabe möglich ist in 2,5 Tagen und mit weitaus größerer Genauigkeit auf einem klassischen System durchgeführt werden ", schrieben drei IBM-Wissenschaftler am 21. Oktober in einem Blog-Beitrag." Dies ist in der Tat eine konservative Schätzung im schlimmsten Fall, und wir erwarten, dass mit zusätzlichen Verbesserungen die Die klassischen Kosten der Simulation können weiter gesenkt werden. ")
Oliver betonte jedoch auch, dass noch viel Arbeit geleistet werden muss, bevor Quantencomputer zu einem wichtigen Bestandteil unseres Alltags werden können. Beispielsweise müssten Forscher neue Algorithmen entwickeln, die mit den fehleranfälligen Quantenprozessoren arbeiten können, die in naher Zukunft verfügbar sein werden. Und um die Technologie auf lange Sicht wirtschaftlich nutzbar zu machen, müssen Wissenschaftler robuste Protokolle zur Korrektur von Quantenfehlern entwickeln.
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Anmerkung des Herausgebers: Diese Geschichte wurde am 24. Oktober aktualisiert und enthält Gedanken von IBM-Wissenschaftlern, die nicht glauben, dass die neue Studie die Quantenüberlegenheit demonstriert.
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