Google's quantum supreme cryostat, met de Sycamore quantumcomputer erin.
(Afbeelding: © Erik Lucero / Google)
We zijn net het tijdperk ingegaan van kwantum suprematie, suggereert een nieuwe studie.
Voor het eerst heeft een kwantumcomputer een probleem opgelost dat een traditionele computer voor alle praktische doeleinden niet kan, meldden onderzoekers vandaag (23 oktober) in de tijdschrift Nature.
"Een berekening die 10.000 jaar zou duren op een klassieke supercomputer kostte 200 seconden op onze kwantumcomputer", bestudeert co-auteur Brooks Foxen, een afgestudeerde studentonderzoeker natuurkunde aan Google AI Quantum in Mountain View en de Universiteit van Californië, Santa Barbara, zei in een verklaring.
"Het is waarschijnlijk dat de klassieke simulatietijd, die momenteel wordt geschat op 10.000 jaar, zal worden verminderd door verbeterde klassieke hardware en algoritmen, maar aangezien we momenteel 1,5 biljoen keer sneller zijn, voelen we ons comfortabel om deze prestatie te claimen," voegde Foxen eraan toe.
Quantumcomputers slaan informatie op met behulp van subatomaire deeltjes, die zich gedragen volgens heel andere regels dan die welke onze macrowereld beheersen. Zo kunnen kwantumdeeltjes bijvoorbeeld bestaan in een "superpositie" van twee verschillende toestanden tegelijkertijd, en kunnen deeltjes worden gescheiden door lichtjaren en toch "verstrikt, "die elkaars eigenschappen beïnvloeden.
Deze gekheid is de sleutel tot de ongelooflijke potentiële kracht van quantum computing. Vanwege het superpositie-fenomeen kunnen kwantumcomputers veel meer informatie per volume-eenheid opslaan en manipuleren dan traditionele computers, die informatie binair coderen met behulp van nullen en enen. (De basiseenheid van informatie in een kwantumcomputersysteem staat trouwens bekend als een qubit, wat een afkorting is voor "quantumbit.")
De nieuwe studie geeft ons een voorproefje van die kracht. Het onderzoeksteam, geleid door Frank Arute van Google AI Quantum, gebruikte een quantumcomputer genaamd Sycamore, die 53 functionele qubits bevatte (plus een die niet goed werkte).
De wetenschappers verstrengelden die 53 qubits in een complexe superpositietoestand en lieten Sycamore vervolgens een taak uitvoeren die leek op het genereren van willekeurige getallen. De resultaten werden vervolgens vergeleken met simulaties op de Summit-supercomputer in het Oak Ridge National Laboratory in Tennessee.
"Summit is momenteel 's werelds toonaangevende supercomputer, die in staat is om ongeveer 200 miljoen miljard bewerkingen per seconde uit te voeren," schreef William Oliver, een natuurkundige aan het Massachusetts Institute of Technology, in een begeleidend stuk "Nieuws en weergaven" in hetzelfde nummer van Nature.
"Het bevat ongeveer 40.000 processoreenheden, die elk miljarden transistors (elektronische schakelaars) bevatten, en 250 miljoen gigabyte aan opslagruimte hebben. Ongeveer 99% van de middelen van Summit werd gebruikt om de klassieke sampling uit te voeren", voegde Oliver, die er niet bij betrokken was, toe. in de nieuwe studie.
Zoals Foxen opmerkte, eindigde Sycamore in ongeveer 3,5 minuten en het Summit-werk suggereerde dat zelfs de krachtigste traditionele supercomputer ongeveer 10.000 jaar lang op het probleem zou moeten kauwen.
"Deze demonstratie van kwantum suprematie ten opzichte van de toonaangevende klassieke algoritmen van vandaag op 's werelds snelste supercomputers is echt een opmerkelijke prestatie en een mijlpaal voor quantum computing," voegde Oliver eraan toe. "Het suggereert experimenteel dat kwantumcomputers een computermodel vertegenwoordigen dat fundamenteel verschilt van dat van klassieke computers. Het bestrijdt ook kritiek op de bestuurbaarheid en levensvatbaarheid van kwantumberekening in een buitengewoon grote rekenruimte (met ten minste de 253 hier gebruikte staten) ). "
(Niet iedereen is het erover eens dat het nieuwe artikel inderdaad "supremacy" vermeldt. Onderzoekers van IBM beweren bijvoorbeeld dat de taak die Sycamore uitvoert, ruim binnen het bereik van een klassieke computer ligt. "We stellen dat een ideale simulatie van dezelfde taak kan worden uitgevoerd op een klassiek systeem in 2,5 dagen en met een veel grotere betrouwbaarheid ", schreven drie IBM-wetenschappers in een blogpost op 21 oktober." Dit is in feite een conservatieve schatting in het slechtste geval, en we verwachten dat met aanvullende verfijningen de de klassieke kosten van de simulatie kunnen verder worden verlaagd. ")
Oliver benadrukte echter ook dat er nog veel werk moet worden verzet voordat kwantumcomputers een belangrijk onderdeel van ons dagelijks leven kunnen worden. Hij zal bijvoorbeeld schrijven dat onderzoekers nieuwe algoritmen moeten ontwikkelen die kunnen werken met de foutgevoelige kwantumprocessors die in de nabije toekomst beschikbaar zullen zijn. En om de technologie op lange termijn commercieel levensvatbaar te maken, zullen wetenschappers robuuste protocollen moeten ontwikkelen voor het corrigeren van kwantumfouten.
- Natuurkundigen keren de tijd om voor kleine deeltjes in een kwantumcomputer
- Onkraakbare gegevens: als eerste wordt Secure Quantum Communications getest via microsatelliet
- Nieuwe supercomputer zal continenten overspannen, sneller dan de snelste ter wereld
Noot van de redactie: dit verhaal is op 24 oktober bijgewerkt met gedachten van IBM-wetenschappers die niet denken dat de nieuwe studie kwantum suprematie aantoont.
Mike Wall's boek over de zoektocht naar buitenaards leven, "Buiten'(Grand Central Publishing, 2018; geïllustreerd door Karl Tate), is nu uit. Volg hem op Twitter @michaeldwall. Volg ons op Twitter @Spacedotcom of Facebook.
