Колко кюбита са нужни за квантово превъзходство?
Анализират три метода, по които квантовите системи вземат решение задания, непостижими за сегашните компютри
Квантов компютър с 300 кюбита би могъл теоретично да извърши за един момент повече калкулации, в сравнение с са атомите във забележимата галактика
(снимка: CC0 Public Domain)
Квантовите компютри на доктрина биха могли да се окажат по-мощни от всеки суперкомпютър. Сега обаче учените се чудят какво тъкмо е нужно, с цел да може квантовите компютри в действителност да реализират „ квантово предимство ” – израз, който една от огромните софтуерни компании употребява предходната година, с цел да опише триумфа на личната си разработка на квантов компют ър. Този израз, несъмнено, вбеси съперниците, които също създават квантови компютри.
Докато класическите компютри включват или изключват транзистори, с цел да боравят с данните под формата на единици или нули, квантовите компютри употребяват квантови битове – кюбити, които заради странната природа на квантовата физика могат да бъдат в положение на „ суперпозиция ” – по едно и също време и единица, и нула.
Суперпозицията разрешава на един кюбит да извършва две калкулации по едно и също време. Ако два кюбита бъдат свързани посредством квантов резултат, прочут като „ усложнение ”, те могат да оказват помощ да се извършат 2² калкулации по едно и също време. Три кюбита могат да извършат 2³ калкулации, четири кюбита – 2⁴ изчислителни задания по едно и също време и така нататък По принцип квантов компютър с 300 кюбита би трябвало да може да извърши в един момент повече калкулации, в сравнение с са атомите във забележимата галактика.
Остава противоречиво какъв брой кюбита са нужни, с цел да се реализира „ квантово предимство ” над общоприетите компютри. Миналата година Гугъл разгласи, че е постигнала „ квантово предимство ” със единствено 53 кубита. Нейният квантов компютър бе пресметнал за 200 секунди задача, която – съгласно компанията – ще отнеме на най-мощния суперкомпютър в света към 10 000 години. Ала откривателите от IBM скоро обявиха в блога си, че „ идеалното моделиране на същата задача може да се извърши на класическа компютърна система за 2,5 дни и с доста по-голяма акуратност ”.
За да схванат какво в действителност е нужно за квантово предимство, откриватели са анализирали три разнообразни метода, по които квантовите схеми могат да вземат решение дилемите, считани теоретично за неразрешими от стандартните компютри. За проучването споделя Spectrum изданието на IEEE. Учените показаха за първи път заключенията си онлайн на 17 април в изследване, оповестено в сп. Quantum.
Моментните квантови полиномно-времеви схеми (IQP) са изключително елементарен метод за свързване на кюбитите в квантови схеми. Схемите с логаритъм за квантова приблизителна оптимизация (QAOA) са по-усъвършенствани и употребяват кюбити за намиране на положителни решения за усъвършенстване на дилемите. Освен тях има и вериги с бозонно експериментиране, които употребяват фотони вместо кюбити, анализирайки траекториите, които фотоните възприемат, откакто взаимодействат между тях.
Ако приемем, че тези квантови схеми се конкурират със суперкомпютрите, способни да извършват до квинтилион (1018) интервенции с плаваща запетая в секунда (флопса), откривателите са пресметнали, че „ квантовото предимство ” може да се реализира благодарение на 208 кюбита при IQP веригите, с 420 кюбита при QAOA веригите и с 98 фотона при бозонните вериги.
„ Аз съм малко сюрпризиран, че ние в последна сметка сме в положение да получим число, което не е чак толкоз надалеч от тези цифри, които виждаме във към този момент съществуващите устройства ”, споделя водещият създател на проучването Александър Далзел, квантов физик от Калифорнийския софтуерен институт в Пасадена. „ Първият метод, който предложихме, щеше да се нуждае от 10 000 или повече кюбита, а вторият метод можеше да сработи с 2000. Накрая, с третия метод ние успяхме да премахнем огромна част от остатъците в нашия разбор и да сведем цифрите до стотици кюбити – тези, които цитираме ”.
още по тематиката
Учените считат, че „ квантовото предимство ” може да се реализира даже с с още по-малко кюбити. „ Като цяло ние залагаме на тези, които се базират на „ най-лошите ” догатки и надлежно могат да се окажат ненужни ”, споделя Далзел.
Що се отнася до Гугъл, откривателите означават, че изказванията на компанията са комплицирани за анализиране, тъй като компанията е избрала задача за квантово пресмятане, която е мъчно да се съпостави с който и да е прочут логаритъм при класическите калкулации.
„ Мисля, че изказванието, че са създали нещо с квантово устройство, което не знаем по какъв начин да създадем на класическо устройство, без големи запаси, е по-скоро правилно, доколкото мога въобще да кажа ”, изяснява Далзел. „ По-малко съм податлив да считам, че няма към момента отворен типичен логаритъм за моделиране, който, в случай че знаехме единствено за него, би ни разрешил да повторим опита на Гугъл или даже да създадем малко по-голяма версия на техния опит върху действително, класическо устройство. За да бъда явен: не споделям, че подобен логаритъм съществува. Казвам единствено, че в случай че в действителност съществуваше, нямаше да е изцяло и напълно изненадващо ”.
В последна сметка дали сме постигнали предимство в квантовите калкулации, когато сме създали нещо, което не знаем по какъв начин да създадем с класическо устройство? Наистина ли желаеме да сме сигурни, че това не е допустимо даже с логаритми, които към момента не сме разкрили? Далзел задава тези и други сходни въпроси.
„ Гугъл наподобява много ясно заема предходната си позиция, даже да признае, че чака алгоритмичните нововъведения да понижат цената на класическата симулация, само че също по този начин чака подобренията в квантовите устройства да бъдат задоволителни, с цел да запазят положението на предимство в квантовите калкулации. Те разчитат на причините на теорията на сложността, единствено с цел да предположат, че рисковите усъвършенствания в класическата симулация са малко евентуални. Това несъмнено е целесъобразно пояснение ”.
Бъдещите проучвания могат да проучват по какъв начин оценките за квантовото предимство се оправят с шума в квантовите схеми. „ Когато няма звук, причините за превъзходството на квантовото пресмятане са на много солидна основа ”, споделя Далзел. „ Но прибавете звук и ще получите нещо, което може да се употребява от типичен логаритъм ”.
Квантов компютър с 300 кюбита би могъл теоретично да извърши за един момент повече калкулации, в сравнение с са атомите във забележимата галактика
(снимка: CC0 Public Domain)
Квантовите компютри на доктрина биха могли да се окажат по-мощни от всеки суперкомпютър. Сега обаче учените се чудят какво тъкмо е нужно, с цел да може квантовите компютри в действителност да реализират „ квантово предимство ” – израз, който една от огромните софтуерни компании употребява предходната година, с цел да опише триумфа на личната си разработка на квантов компют ър. Този израз, несъмнено, вбеси съперниците, които също създават квантови компютри.
Докато класическите компютри включват или изключват транзистори, с цел да боравят с данните под формата на единици или нули, квантовите компютри употребяват квантови битове – кюбити, които заради странната природа на квантовата физика могат да бъдат в положение на „ суперпозиция ” – по едно и също време и единица, и нула.
Суперпозицията разрешава на един кюбит да извършва две калкулации по едно и също време. Ако два кюбита бъдат свързани посредством квантов резултат, прочут като „ усложнение ”, те могат да оказват помощ да се извършат 2² калкулации по едно и също време. Три кюбита могат да извършат 2³ калкулации, четири кюбита – 2⁴ изчислителни задания по едно и също време и така нататък По принцип квантов компютър с 300 кюбита би трябвало да може да извърши в един момент повече калкулации, в сравнение с са атомите във забележимата галактика.
Остава противоречиво какъв брой кюбита са нужни, с цел да се реализира „ квантово предимство ” над общоприетите компютри. Миналата година Гугъл разгласи, че е постигнала „ квантово предимство ” със единствено 53 кубита. Нейният квантов компютър бе пресметнал за 200 секунди задача, която – съгласно компанията – ще отнеме на най-мощния суперкомпютър в света към 10 000 години. Ала откривателите от IBM скоро обявиха в блога си, че „ идеалното моделиране на същата задача може да се извърши на класическа компютърна система за 2,5 дни и с доста по-голяма акуратност ”.
За да схванат какво в действителност е нужно за квантово предимство, откриватели са анализирали три разнообразни метода, по които квантовите схеми могат да вземат решение дилемите, считани теоретично за неразрешими от стандартните компютри. За проучването споделя Spectrum изданието на IEEE. Учените показаха за първи път заключенията си онлайн на 17 април в изследване, оповестено в сп. Quantum.
Моментните квантови полиномно-времеви схеми (IQP) са изключително елементарен метод за свързване на кюбитите в квантови схеми. Схемите с логаритъм за квантова приблизителна оптимизация (QAOA) са по-усъвършенствани и употребяват кюбити за намиране на положителни решения за усъвършенстване на дилемите. Освен тях има и вериги с бозонно експериментиране, които употребяват фотони вместо кюбити, анализирайки траекториите, които фотоните възприемат, откакто взаимодействат между тях.
Ако приемем, че тези квантови схеми се конкурират със суперкомпютрите, способни да извършват до квинтилион (1018) интервенции с плаваща запетая в секунда (флопса), откривателите са пресметнали, че „ квантовото предимство ” може да се реализира благодарение на 208 кюбита при IQP веригите, с 420 кюбита при QAOA веригите и с 98 фотона при бозонните вериги.
„ Аз съм малко сюрпризиран, че ние в последна сметка сме в положение да получим число, което не е чак толкоз надалеч от тези цифри, които виждаме във към този момент съществуващите устройства ”, споделя водещият създател на проучването Александър Далзел, квантов физик от Калифорнийския софтуерен институт в Пасадена. „ Първият метод, който предложихме, щеше да се нуждае от 10 000 или повече кюбита, а вторият метод можеше да сработи с 2000. Накрая, с третия метод ние успяхме да премахнем огромна част от остатъците в нашия разбор и да сведем цифрите до стотици кюбити – тези, които цитираме ”.
още по тематиката
Учените считат, че „ квантовото предимство ” може да се реализира даже с с още по-малко кюбити. „ Като цяло ние залагаме на тези, които се базират на „ най-лошите ” догатки и надлежно могат да се окажат ненужни ”, споделя Далзел.
Що се отнася до Гугъл, откривателите означават, че изказванията на компанията са комплицирани за анализиране, тъй като компанията е избрала задача за квантово пресмятане, която е мъчно да се съпостави с който и да е прочут логаритъм при класическите калкулации.
„ Мисля, че изказванието, че са създали нещо с квантово устройство, което не знаем по какъв начин да създадем на класическо устройство, без големи запаси, е по-скоро правилно, доколкото мога въобще да кажа ”, изяснява Далзел. „ По-малко съм податлив да считам, че няма към момента отворен типичен логаритъм за моделиране, който, в случай че знаехме единствено за него, би ни разрешил да повторим опита на Гугъл или даже да създадем малко по-голяма версия на техния опит върху действително, класическо устройство. За да бъда явен: не споделям, че подобен логаритъм съществува. Казвам единствено, че в случай че в действителност съществуваше, нямаше да е изцяло и напълно изненадващо ”.
В последна сметка дали сме постигнали предимство в квантовите калкулации, когато сме създали нещо, което не знаем по какъв начин да създадем с класическо устройство? Наистина ли желаеме да сме сигурни, че това не е допустимо даже с логаритми, които към момента не сме разкрили? Далзел задава тези и други сходни въпроси.
„ Гугъл наподобява много ясно заема предходната си позиция, даже да признае, че чака алгоритмичните нововъведения да понижат цената на класическата симулация, само че също по този начин чака подобренията в квантовите устройства да бъдат задоволителни, с цел да запазят положението на предимство в квантовите калкулации. Те разчитат на причините на теорията на сложността, единствено с цел да предположат, че рисковите усъвършенствания в класическата симулация са малко евентуални. Това несъмнено е целесъобразно пояснение ”.
Бъдещите проучвания могат да проучват по какъв начин оценките за квантовото предимство се оправят с шума в квантовите схеми. „ Когато няма звук, причините за превъзходството на квантовото пресмятане са на много солидна основа ”, споделя Далзел. „ Но прибавете звук и ще получите нещо, което може да се употребява от типичен логаритъм ”.
Източник: technews.bg
КОМЕНТАРИ