211service.com
Zwiększenie kwantowe dla innego rodzaju komputera
S. Debnath
Komputery kwantowe zdolne do wykonywania zadziwiających obliczeń są wreszcie na horyzoncie. Ale jak będą wyglądały pierwsze przydatne maszyny?
Przemysł ciężki, w tym IBM , Google , Microsoft , oraz Intel , a także kilka startupów, takich jak Odrzucenia obliczeń oraz Włączone obwody kwantowe , wszyscy robią stałe postępy w kierunku bardziej wydajnych komputerów kwantowych, wykorzystując obwody nadprzewodnikowe chłodzone do ekstremalnych temperatur.
Tymczasem dwa zespoły badawcze wykazały, że podejście w dużej mierze ignorowane przez przemysł — wykorzystujące uwięzione atomy do wykonywania obliczeń — można przeskalować do nowego poziomu złożoności i wykorzystać do wykonywania wartościowych prac. Powstałe systemy nie są uniwersalnymi komputerami kwantowymi zdolnymi do wykonywania jakichkolwiek obliczeń, ale sugerują, że podejście atomowe może mieć większy potencjał, niż przypuszczano. Prace wskazują również, że atomy mogą ostatecznie zaoferować lepszy sposób na przekształcenie systemów laboratoryjnych w wielkoskalowe, praktyczne komputery kwantowe.
Podejście nadprzewodnikowe okazało się skuteczne, częściowo dlatego, że techniki inżynieryjne wykorzystywane do wytwarzania obwodów krzemowych zostały udoskonalone w ciągu ostatnich kilku dekad (patrz 10 Breakthrough Technologies 2017: Practical Quantum Computers ). Ale możliwe jest zbudowanie komputera kwantowego przy użyciu wielu różnych podejść.
Powiązana historia
Powiązana historiaw dwa dokumenty tożsamości opublikowany dzisiaj w czasopiśmie Natura , zespół z MIT i Harvardu w Cambridge w stanie Massachusetts, a także inny z University of Maryland i National Institute of Standards w Waszyngtonie, ujawniają, że zbudowali wyspecjalizowane typy kalkulatorów kwantowych, z których każdy wykorzystuje ponad 50 kubitów — cóż poza to, co zostało wcześniej zademonstrowane. W obu przypadkach naukowcy stworzyli symulatory kwantowe, maszyny zdolne do wykorzystywania obliczeń analogowych do modelowania interakcji cząstek kwantowych.
Oba systemy wykorzystują atomy, ale działają na różne sposoby. System MIT-Harvard obsługuje 51 kubitów za pomocą laserów do wychwytywania neutralnych atomów w stanie wzbudzonym. Maszyna Maryland-NIST, która obsługuje 53 kubity, wyłapuje jony iterbu za pomocą pokrytych złotem elektrod. Razem sugerują, że alternatywne podejście do budowy maszyn kwantowych może jeszcze mieć potencjał, by rzucić wyzwanie temu, które jest stosowane przez przemysł.
Chociaż nasz system nie stanowi jeszcze uniwersalnego komputera kwantowego, możemy go skutecznie zaprogramować, kontrolując interakcje między kubitami, mówi Michaił Łukin , fizyk z Harvardu, który opracował jeden z systemów we współpracy z Vladan Vuletic w MIT.
Will Zeng, naukowiec z Rigetti Computing, firmy, która otrzymała dziesiątki milionów funduszy venture na realizację obliczeń kwantowych, mówi, że symulacja kwantowa na tę skalę jest znaczącym krokiem. W rzeczywistości symulowanie efektów kwantowych było pierwotnym celem komputera kwantowego proponowane fizyk Richard Feynman ponad 40 lat temu. Teraz naukowcy są w stanie pokazać pewien potencjał tkwiący w komputerach kwantowych, więc wyniki są ekscytujące, mówi.
Komputery kwantowe działają zasadniczo inaczej niż komputery konwencjonalne. Podczas gdy normalny komputer pobiera binarne bity informacji, zakodowane jako albo jeden lub 0 i wykonuje na nich obliczenia jeden po drugim, komputer kwantowy wykorzystuje dwie sprzeczne z intuicją cechy mechanizmu kwantowego — splątanie i superpozycję — do wykonywania obliczeń równolegle. W rezultacie może obliczyć duże ilości informacji w znacznie krótszym czasie. Kilkadziesiąt bitów kwantowych może wykonać w jednym kroku obliczenia na miliardach informacji.
Technologia przez lata pozostawała marzeniem fizyków, ale niewątpliwie ma ogromny potencjał. Teraz rośnie ekscytacja, jeśli chodzi o budowanie maszyn zdolnych do wykonywania pożytecznej pracy.
Test porównawczy 50 kubitów jest znaczący, ponieważ w tym momencie maszyny kwantowe stają się zdolne do wykonywania obliczeń, które byłyby trudne, jeśli nie niemożliwe, do uruchomienia nawet na najbardziej ogromnym dostępnym superkomputerze. Niektórzy naukowcy nazywają to supremacją kwantową (patrz Google ujawnia plan supremacji kwantowej i IBM podnosi poprzeczkę za pomocą 50-kubitowego komputera kwantowego). Zarówno IBM, jak i Google opracowują nadprzewodnikowe komputery kwantowe ogólnego przeznaczenia, które mogą wykorzystywać mniej więcej taką samą liczbę kubitów.
Być może ważniejsze jest to, że kubity w nowych układach atomowych mogą być lepiej przystosowane do zwiększania skali, mówi Chris Monroe , profesor Uniwersytetu Maryland i główny autor jednego z artykułów. Kubity w systemach półprzewodnikowych nie są identyczne, co oznacza, że system musi być dokładnie skalibrowany, co może być trudne, gdy rozmiar maszyny rośnie. W przeciwieństwie do tego, kubity wykonane przy użyciu atomów, choć trudniejsze do kontrolowania, są identyczne i nie wymagają strojenia. Atomy są w pewnym sensie idealnym kubitem, mówi Monroe. Dodaje, że systemy atomowe mogą okazać się łatwiejsze do rekonfiguracji, dzięki czemu będą bardziej odpowiednie do rozwiązywania szerszego zakresu problemów.
Nie oznacza to, że budowanie większych, bardziej praktycznych systemów kwantowych będzie łatwe dla każdego. Uważamy, że możemy przejść do około tysiąca bitów kwantowych w prosty sposób, ale poza tym sytuacja jest mniej jasna, mówi Vuletic.
Co równie ważne, otrzymujemy tylko wskazówki, jak naprawdę przydatne będą komputery kwantowe. W przełomowym badaniu opublikowanym we wrześniu zespół IBM wykorzystał komputer kwantowy o nazwie IBM Q do symulacji struktury wodorku berylu, najbardziej złożonej cząsteczki, jaką kiedykolwiek analizowano w ten sposób.
Prawdopodobnie nie dowiemy się, do czego te maszyny są zdolne, dopóki nie dostanie się do nich wielu inżynierów i programistów. Zaczynamy wychodzić poza erę fizyki do inżynierii kwantowej, mówi Monroe z UMD.