Quantumcomputer is beter dan alle conventionele computers in de eerste claim van supremacy

Google-onderzoekers in Santa Barbara, Californië, zeggen dat hun opmars kan leiden tot toepassingen op korte termijn van kwantumcomputers.

iStock.com/JHVEPhoto

Quantumcomputer is beter dan alle conventionele computers in de eerste claim van supremacy

Van Adrian ChoSep. 23, 2019, 19:00

Het tijdperk van quantum computing is misschien niet begonnen met een flitsende persconferentie, maar met een internetlek. Volgens een artikel dat kortstondig is geplaatst en vermoedelijk ten onrechte op een laboratoriumsite, hebben natuurkundigen bij Google een kwantumcomputer gebruikt om een ​​berekening uit te voeren die de beste conventionele supercomputer ter wereld zou overweldigen. Hoewel de specifieke berekening geen bekend gebruik heeft, betekent het resultaat dat wetenschappers een mijlpaal hebben bereikt die bekend staat als quantum supremacy.

It s een geweldige wetenschappelijke prestatie, zegt natuurkundige Chad Rigetti, oprichter en CEO van Rigetti Computing in Berkeley en Fremont, Californië, die zijn eigen kwantumcomputers ontwikkelt. Google heeft hun shot genoemd, voegt hij eraan toe, en merkt op dat het bedrijf precies heeft beschreven hoe het een paar jaar geleden kwantumsuprematie zou aantonen. Greg Kuperberg, een wiskundige aan de Universiteit van Californië, Davis, noemt de vooruitgang een grote stap in de richting van het weggooien van elk plausibel argument dat het maken van een kwantumcomputer onmogelijk is.

Volgens de Financial Times, die het verhaal brak, verscheen de krant vorige week op de website van NASA s Ames Research Center in Moffett Field, Californië; sommige onderzoekers zijn er papieren auteurs. Lezers hebben het manuscript gedownload voordat het verdween en het circuleert online. John Martinis, de natuurkundige die leiding geeft aan de kwantumcomputing van Google in Santa Barbara, Californië, weigerde commentaar te geven op het papier, maar anderen in het veld vinden het legitiem.

Een kwantumcomputer heeft als doel de vreemde aspecten van de kwantummechanica te benutten om soorten berekeningen uit te voeren die een klassieke computer zouden overspoelen. Terwijl een klassieke computer afhankelijk is van bits van informatie die kan worden ingesteld als nul of één, gebruikt een quantumcomputer qubits die kunnen worden ingesteld op nul, één of danks kwantummechanica elke combinatie van nul en één tegelijkertijd. Dat stelt een kwantumcomputer in staat om meerdere inputs tegelijkertijd te verwerken. Een kwantumcomputer van 10 qubit zou bijvoorbeeld 2 10 of 1024 mogelijke invoer tegelijkertijd kunnen verwerken in plaats van ze een voor een te analyseren.

Maar de echte kracht van zo'n computer komt van andere kwantumfenomenen. Voor bepaalde rekenproblemen kunnen alle mogelijke oplossingen worden gezien als kwantumgolven die tegelijkertijd tussen de qubits klotsen. Stel dingen goed in en die golven interfereren met elkaar, zodat onjuiste antwoorden elkaar opheffen en het juiste antwoord naar voren komt. Dergelijke interferentie zou een volwaardige kwantumcomputer in staat moeten stellen om huidige internetcoderingsschema's te hacken door rekening te houden met de enorme aantallen die eraan ten grondslag liggen.

Die prestatie zou duizenden qubits vereisen, dus Martinis en collega's bedachten een probleem waarop een kwantumcomputer met slechts tientallen qubits het best elke conventionele rivaal kon bestrijken. De 53 qubits in hun apparaat bestaan ​​uit kleine circuits van supergeleidend metaal dat in een energiezuinige staat kan zijn om nul aan te geven, een energiezuinige staat om een ​​aan te duiden, of beide tegelijkertijd tenminste tot gemeten, wanneer dergelijke tweerichtingsstaten vallen op de een of andere manier in elkaar. De onderzoekers lieten vervolgens paren van qubits op verschillende manieren op elkaar inwerken via een vaste maar willekeurige reeks operaties.

Als een groep genomen, voeren de qubits elk getal tussen nul en 2 53 uit . Dankzij kwantuminterferentie die door de bewerkingen wordt veroorzaakt, zouden sommige nummers vaker moeten verschijnen dan andere. En naarmate het aantal qubits groeit, wordt het berekenen van een ongelijke verdeling van de uitvoer overweldigend moeilijk voor een gewone computer. Dus, als onderzoekers het veelbetekenende ongelijke patroon van uitgevoerde cijfers zien, hebben ze bewijs dat hun kwantumapparaat iets berekend heeft dat een conventionele computer niet kan.

Zoals bij elke kwantumcomputing, was de sleutel het bewaren van de delicate kwantumtoestanden van de qubits gedurende het hele proces. Als ze uitvliegen, worden alle uitgangen even waarschijnlijk. Maar het Google-team meldt dat het het verklikkerpatroon in de gegenereerde nummers heeft kunnen zien. Om te bewijzen dat het patroon niet alleen ruis was, vergeleken onderzoekers de resultaten voor kleinere proeven en subgroepen van de qubits met supercomputersimulaties. Ze konden dat echter niet doen voor de grootste problemen. Wat de kwantumcomputer in iets meer dan 3 minuten zou kunnen doen, zou een supercomputer 10.000 jaar kosten om te reproduceren, schatten ze.

Sommige onderzoekers zeggen dat de demonstratie niet zozeer een berekening is, maar een poging om een ​​kwantumtoestand op te stellen die moeilijk te simuleren is. "Quantumcomputers zijn niet 'oppermachtig' tegen klassieke computers vanwege een laboratoriumexperiment ontworpen om in wezen een zeer specifieke kwantummonsterprocedure zonder praktische toepassingen te implementeren, " zegt Dario Gil, directeur van IBM Research in Yorktown Heights, New York, dat ook machines ontwikkelen met supergeleidende qubits.

De Google-computer mist ook de mogelijkheid om fouten te corrigeren, wat van cruciaal belang kan zijn voor het maken van een volwaardige kwantumcomputer. Dat vereist het coderen van een enkele, stabielere "logische" qubit in verschillende minder betrouwbare "fysieke" qubit, om de machine in staat te stellen de kwantumtoestanden veel langer te handhaven, legt Kuperberg uit. Rigetti merkt echter op dat de prestatie van Google het bedrijf in een ideale positie kan brengen om een ​​dergelijke foutcorrectie ook aan te tonen.

Gil spreekt nog een andere zorg uit die lang in het veld heerst: dat na alle hype rond quantum suprematie, quantum computing een teleurstelling kan ervaren zoals degene die het gebied van kunstmatige intelligentie plaagde van de jaren 1970 tot het huidige decennium, toen de technologie eindelijk inhaalde aspiraties. In het gelekte artikel concluderen de 76 auteurs echter optimistisch: "We zijn slechts één creatief algoritme verwijderd van waardevolle toepassingen op korte termijn."