Алгоритм Google работает на квантовом чипе, состоящем из 54 кубитов, каждый из которых состоит из сверхпроводящих циклов. Но это крошечная часть миллиона кубитов, которые могут понадобиться для универсальной машины.

 

Компания Google создала квантовый компьютер, который за пару минут решает задачи, занявшие бы тысячелетия у самых мощных классических компьютеров. Однако научную статью на сайте NASA, посвященную своим достижениям, разработчики почему-то удалили.

Американская компания Google разработала самый мощный в мире квантовый компьютер, который способен выполнять расчеты за пределами возможностей современных суперкомпьютеров. Об этом пишет издание The Financial Times со ссылкой на научный доклад корпорации.

Google, квантовый компьютер, кубит
Микросхема Sycamore состоит из 54 кубитов, каждый из которых состоит из сверхпроводящих контуров.

Информация об этом ранее была опубликована в научной статье разработчиков на сайте NASA, однако позже ее удалили, сообщает издание.

В статье утверждалось, что процессор нового компьютера якобы выполнил за три минуты и 20 секунд расчеты, на которые самому мощному в настоящее время компьютеру Summit потребовалось бы 10 тыс. лет.

«Это существенное ускорение по сравнению со всеми известными классическими алгоритмами обеспечивает экспериментальную реализацию квантового превосходства в вычислительной задаче и ознаменует собой появление столь ожидаемой вычислительной парадигмы, — приводит издание цитату из доклада. — Насколько нам известно, этот эксперимент представляет собой первое вычисление, которое может быть выполнено исключительно на квантовом процессоре».

 

Ученые из Google говорят, что достигли квантового превосходства, долгожданной вехи в квантовых вычислениях. Объявление, опубликованное в журнале Nature 23 октября, следует за утечкой ранней версии газеты пять недель назад, которую Google не прокомментировал в то время.

Впервые в мире команда под руководством Джона Мартиниса, физика-экспериментатора из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и Google в Маунтин-Вью, штат Калифорния, говорит, что его квантовый компьютер выполнил определенный расчет, выходящий за рамки практических возможностей обычного , «классические» машины . По оценкам Google, для того же расчета потребуется даже 10 000 лет даже лучшему классическому суперкомпьютеру.

 

 

Квантовое превосходство уже давно считается вехой, потому что это доказывает, что квантовые компьютеры могут превзойти классические компьютеры, говорит Мартинис. Хотя преимущество было доказано только для очень специфического случая, оно показывает физикам, что квантовая механика работает, как и ожидалось, когда используется в сложной задаче.

«Похоже, что Google предоставил нам первое экспериментальное доказательство того, что квантовое ускорение достижимо в реальной системе», - говорит Мишель Симмонс, квантовый физик из Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее, Австралия.

 

Мартинис сравнивает эксперимент с программой «Hello World», которая тестирует новую систему, инструктируя ее отображать эту фразу; он не особенно полезен сам по себе, но говорит Google, что квантовое оборудование и программное обеспечение работают правильно, говорит он.

 

Впервые об этом сообщении сообщили Financial Times и другие агентства в сентябре, после того как на веб-сайте НАСА, которое сотрудничает с Google по квантовым вычислениям, была опубликована ранняя версия статьи, после чего ее быстро уничтожили. В то время компания не подтвердила, что написала статью, и не прокомментировала истории.

Хотя расчет, выбранный Google - проверка выходов квантового генератора случайных чисел, - имеет ограниченное практическое применение, «научные достижения огромны, если они верны, и я предполагаю, что так и будет», - говорит Скотт Ааронсон, теоретик-компьютерщик в Техасском университете в Остине.

 

Исследователи за пределами Google уже пытаются улучшить классические алгоритмы, используемые для решения этой проблемы, в надежде снизить оценку фирмы на 10 000 лет. IBM, конкурент Google в создании лучших в мире квантовых компьютеров, сообщила в препринте 21 октября, что эту проблему можно решить всего за 2,5 дня, используя другую классическую технику. Этот документ не был рецензирован. Если IBM прав, это уменьшит подвиг Google до демонстрации квантового «преимущества» - выполнение вычислений намного быстрее, чем у классического компьютера, но не то, что за пределами его досягаемости. Это все еще будет важной вехой, говорит Симмонс. «Насколько я знаю, это впервые продемонстрировано, так что это определенно большой результат».

Google, квантовый компьютер, кубит
Квантовый компьютер Google отлично справляется с проверкой выходных данных генератора квантовых случайных чисел.
 

 

Быстрые решения

 

Квантовые компьютеры работают принципиально иначе, чем классические машины: классический бит - это 1 или 0, но квантовый бит или кубит могут существовать одновременно в нескольких состояниях. Когда кубиты неразрывно связаны, физики теоретически могут использовать интерференцию между их волнообразными квантовыми состояниями для выполнения вычислений, которые в противном случае могли бы занять миллионы лет.

Физики считают, что квантовые компьютеры могут однажды запустить революционные алгоритмы, которые могут, например, искать громоздкие базы данных или учитывать большие числа, в том числе, что важно, используемые в шифровании. Но этим приложениям еще далеко. Чем больше кубитов связаны, тем сложнее поддерживать их хрупкие состояния во время работы устройства. Алгоритм Google работает на квантовом чипе, состоящем из 54 кубитов, каждый из которых состоит из сверхпроводящих циклов. Но это крошечная часть миллиона кубитов, которые могут понадобиться для универсальной машины.

 

Задача, которую Google поставил перед своим квантовым компьютером, «немного странная», - говорит Кристофер Монро, физик из Университета Мэриленда в Колледж-Парке. Физики Google впервые создали эту проблему в 2016 году, и она была разработана таким образом, чтобы ее было трудно решить обычному компьютеру. Команда бросила вызов своему компьютеру, известному как Сикамор, чтобы описать вероятность различных результатов квантовой версии генератора случайных чисел. Они делают это путем запуска схемы, которая пропускает 53 кубита через серию случайных операций. Это генерирует 53 - значную строку из 1 и 0 - всего 253 возможных комбинации (только 53 кубита были использованы, потому что один из 54 платанов был сломан). Процесс настолько сложен, что результат невозможно рассчитать по первым принципам, и поэтому он фактически случайный. Но из-за помех между кубитами некоторые строки чисел встречаются с большей вероятностью, чем другие. Это похоже на бросок загруженного кристалла - он все равно выдает случайное число, хотя некоторые результаты более вероятны, чем другие.

Google, квантовый компьютер, кубит

Сикамор рассчитал распределение вероятностей, взяв выборку из схемы - выполнив ее миллион раз и измерив наблюдаемые выходные строки. Этот метод похож на прокатку матрицы, чтобы выявить ее смещение. В одном смысле, говорит Монро, машина делает то, что ученые делают каждый день: используя эксперимент, чтобы найти ответ на квантовую проблему, которую невозможно рассчитать классически. Ключевое отличие, по его словам, заключается в том, что компьютер Google не одноцелевой, а программируемый и может быть применен к квантовой схеме с любыми настройками.

 

 

Проверка решения была еще одной проблемой. Для этого команда сравнила результаты с результатами моделирования небольших и более простых версий схем, которые были выполнены на классических компьютерах, включая суперкомпьютер Summit в Национальной лаборатории Ок-Риджа в штате Теннесси. Опираясь на эти примеры, команда Google оценивает, что имитация полной схемы займет 10 000 лет даже на компьютере с одним миллионом процессоров (что эквивалентно примерно 100 000 настольных компьютеров). Платан занял всего 3 минуты и 20 секунд.

 

Google считает их доказательства квантового превосходства герметичными. Даже если внешние исследователи сокращают время, необходимое для выполнения классического моделирования, квантовое оборудование улучшается - это означает, что для этой проблемы обычные компьютеры вряд ли когда-нибудь догонят, говорит Хартмут Невен, который возглавляет команду квантовых вычислений Google.

Однако пока компьютер от Google может выполнять лишь один расчет единовременно.

 

 

Пока разработчикам удастся добиться одновременного выполнения нескольких операций и решения практических задач, пройдут годы. И все же создатели признают результаты своей работы «важной вехой на пути к полномасштабному квантовому вычислительному процессу».

Рост мощи квантовых компьютеров в разы превысит показатели прогрессии, указанной в законе Гордона Мура, поясняют разработчики. Согласно нему, число транзисторов на чипе, а значит и плотность вычислений, должны удваиваться примерно через каждые два года. На данный момент прототипы квантовых компьютеров отличаются от обычных вычислительных устройств лишь скоростью, но не алгоритмом работы. Появление настоящих квантовых компьютеров же приведет к росту компьютерной мощности по экспоненте.

 

Источник

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.

Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!