Conţinut

• La ce calculatoarele cuantice sunt bune
• Ce înseamnă supremația cuantică pentru securitate?
• Întrebări cu privire la pretențiile cuantice ale Google

Săptămâna trecută, cercetătorii Google au susținut că au atins „supremația cuantică”, potrivit unui articol din document Timpuri financiare. Hârtia Google a fost postată scurt pe un site web NASA înainte de a fi eliminată. Cercetătorii susțin că au depășit cel mai puternic supercomputer clasic de astăzi - numit Summit - cu propriul computer cuantic.

Aceasta este ceea ce este cunoscut sub numele de supremație cuantică - cu alte cuvinte, atunci când un computer cuantic se dovedește a fi mai rapid la o sarcină dată decât un computer clasic. Potrivit lucrării, sistemul Sycamore de 53 de qubit de Google poate finaliza acest calcul specific în trei minute și 20 de secunde. Supercomputerul Summit-ului va dura aproximativ 10.000 de ani pentru a îndeplini aceeași funcție.

Atingerea supremației cuantice fusese prevăzută inițial pentru sfârșitul anului 2017. Cu toate acestea, computerul Bristlecone de 72 de cbite de la Google (ilustrat mai sus) s-a dovedit prea greu de controlat cu o precizie suficientă. În schimb, descoperirea provine din sistemul mai mic de 53 chb Sycamore.

La ce calculatoarele cuantice sunt bune

Spre deosebire de computerele tradiționale care operează pe biți de 1 sau 0, computerele cuantice folosesc „qubits” pentru a stoca valori. Un qubit, sau bit cuantic, este un sistem cuantic-mecanic cu două stări. Are proprietatea misterioasă de a fi capabil să dețină o superpoziție de ambele 1 și 0 state simultan. Cu toate acestea, această stare se prăbușește la măsurare.

Calculatoarele cuantice sunt construite cu porți hardware similare cu calculatoarele clasice, cu echivalentele NU și AND utilizate pentru funcțiile matematice. Cu toate acestea, rezultatele cuantice sunt intrinsec probabilistice, ceea ce înseamnă că trebuie verificate pentru corectitudinea și corectarea erorilor. De asemenea, nu puteți arunca o privire cu calculul cuantic parțial fără a strica ieșirea din cauza suprapunerii.

Superpoziția și probabilitatea sunt cheile care fac computerele cuantice utile pentru anumite sarcini matematice. Creșterea numărului de qubits face posibilă calcularea a milioane de posibilități aproape instantaneu. Utilizările includ factorizarea unor numere uriașe, calcularea transformărilor Fourier și rezolvarea ecuațiilor liniare. Calculatoarele cuantice, prin natură, sunt foarte specializate. De fapt, nu sunt deloc bune pentru multe dintre calculele de bază pe care le efectuează computerele de mână în fiecare zi.

Ce înseamnă supremația cuantică pentru securitate?

Oricât de ciudate sună calculatoarele cuantice, acestea au unele aplicații foarte interesante în anumite domenii ale calculului - în special în cele care implică operații matematice repetate și complexe, cum ar fi meteorologia, chimia și fizica modelării și criptografia.

Acea din urmă a adesea vrăjitori oameni. Calculatoarele cuantice pot parcurge atâtea permutări matematice simultan și, teoretic, să ia o fracțiune din timpul calculatoarelor curente care trebuie să încalce standardele comune de criptare. Doar zile sau ore mai degrabă decât mai multe vieți. Noile protocoale criptografice pot fi necesare într-o zi pentru informații foarte sensibile pentru a preveni fisurarea calculatoarelor cuantice.

Standardele de criptare vor trebui să se îmbunătățească în urma computerelor cuantice comerciale.

De asemenea, algoritmi similari sunt folosiți pe piața curentă a criptomonedelor pentru securizarea portofelelor și verificarea legitimității tranzacției. Nu există niciun semn că nici computerul Google nu este capabil să creeze aceste tipuri de criptare. Cu toate acestea, amenințarea creșterii exponențiale a puterii cuantice de calcul face din aceasta o posibilitate distinctă în următorii ani.

Din fericire, calculatoarele cuantice sunt încă departe de a fi viabile din punct de vedere comercial. Sunt încă în stadiul de dezvoltare și sunt mult mai probabil să fie folosiți pentru cercetare decât să rupă parolele publice. În orice caz, standardele de criptare vor trebui să se îmbunătățească pentru a descuraja și a preveni viabilitatea fisurilor în viitorul apropiat.

Întrebări cu privire la pretențiile cuantice ale Google

În timp ce Google susține supremația cuantică ca o descoperire majoră, unii dintre rivalii săi sunt mai puțin convinși de meritele realizării. Termenul „supremație cuantică” sugerează că computerele cuantice sunt acum mai puternice și mai utile decât computerele clasice, dar aceasta este cu siguranță o afirmație controversată.

Dario Gil, șeful de cercetare de la IBM (un rival major în spațiul de calcul cuantic), a numit afirmațiile Google „pur și simplu greșite”. Gil observă că cercetarea este doar „un experiment de laborator conceput pentru a pune în aplicare în mod esențial - și aproape sigur exclusiv - implementarea unuia Procedura de eșantionare cuantică foarte specifică, fără aplicații practice. ”Cu alte cuvinte, cercetarea Google se concentrează pe un tip de calcul foarte restrâns care dezvăluie puțin despre capacitățile mai largi ale computerului.

Supremacia cuantică - atunci când un computer cuantic depășește un computer clasic pentru o sarcină dată.

Cu toate acestea, Chad Rigetti, fost executiv IBM, a numit anunțul „un moment mare pentru oameni și pentru știință.” Daniel Lidar, profesor de inginerie la Universitatea din sudul Californiei, a remarcat amploarea descoperirii Google. Compania a redus interferența de qubit - cunoscută sub denumirea de „crosstalk” - reducând foarte mult rata de eroare a computerului în comparație cu rivalul său.

Implicația este că Google va putea acum să mărească dimensiunea computerelor sale cuantice datorită rezultatelor mai mici ale erorilor. Mai multe cbite cu eroare redusă vor crește exponențial puterea de procesare a computerelor cuantice, ceea ce le va face mult mai viabile pentru rezolvarea complexă a problemelor. Cu toate că, încă mai există mult mai mult de lucru în ceea ce privește programabilitatea.

În cele din urmă, calculatoarele cuantice sunt utile doar pentru un set limitat de sarcini. Sunt costisitoare pentru a construi, a administra și a le programa. Această complexitate înseamnă că sunt susceptibile de a fi folosite doar pentru sarcini foarte specifice. Cu toate acestea, acest lucru nu diminuează importanța cu privire la supremația cuantică a Google și faptul că calculul cuantic arată din ce în ce mai viabil în fiecare an.