Selgitatud: Mis on kvantülimus?
Kvantülemus on verstapost, mida on andmetöötluses kaua otsitud ja nüüd teatas Google, et on selleni jõudnud. Pilk kontseptsiooni taga olevale teadusele ja sellele, mida tegelikult saavutati ja kui palju on alles.
Google'i Quantum Computeri komponent Santa Barbara laboris Californias, USA-s. (Foto Reutersi kaudu) Sel nädalal teatas Google, et on saavutanud läbimurde nimega kvant ülimuslikkus andmetöötluses. Mida see tähendab ja miks see oluline on?
Niisiis, mis on kvantülemus?
See on termin, mille pakkus välja 2012. aastal California Tehnoloogiainstituudi teoreetilise füüsika professor John Preskill. See kirjeldab punkti, kus kvantarvutid saavad teha asju, mida klassikalised arvutid ei suuda. Google'i puhul väitsid Santa Barbara California ülikooli teadlased, et nad töötasid välja protsessori, mille arvutuste tegemiseks kulus 200 sekundit, mis oleks klassikalisel arvutil kulunud 10 000 aastat.
Aga mis on kvantarvuti?
Meie traditsioonilised arvutid töötavad klassikalise füüsika seaduste alusel, kasutades eelkõige elektrivoolu. Kvantarvuti seevastu püüab ära kasutada seadusi, mis reguleerivad aatomite ja subatomaarsete osakeste käitumist. Sellel väikesel skaalal lakkavad paljud klassikalise füüsika seadused kehtimast ja mängu tulevad ainulaadsed kvantfüüsika seadused.
Sellise arvuti väljatöötamine on olnud teadlaste eesmärk ligi neli aastakümmet. 1981. aastal kirjutas füüsik Richard Feynman: Mulle tundub, et füüsika arvutisimulatsiooni leidmine on suurepärane programm, mida jälgida... Loodus ei ole klassikaline... ja kui sa tahad teha looduse simulatsiooni, siis tee parem. muuta see kvantmehaaniliseks ja golly sõnul on see suurepärane probleem, sest see ei tundu nii lihtne.
Mis vahet oleks sellisel simulatsioonil?
See puudutab töötlemiskiirust. Vaatame, kuidas klassikaline arvuti teavet töötleb. Teabebitid salvestatakse numbritega 0 või 1. Iga selliste numbrite (bitistringide) jada esindab unikaalset märki või käsku; näiteks 01100001 tähistab väiketähte a.
Kvantarvutis salvestatakse teavet kvantbittide ehk kubitidena. Ja kubit võib olla korraga nii 0 kui ka 1. Kvantfüüsika hõlmab mõisteid, mida isegi füüsikud kirjeldavad kui veidraid. Erinevalt klassikalisest füüsikast, kus objekt võib eksisteerida ühes kohas korraga, vaatleb kvantfüüsika tõenäosust, et objekt on erinevates punktides. Mitmes olekus eksisteerimist nimetatakse superpositsiooniks ja nende olekute vahelisi seoseid nimetatakse takerdumiseks.
Mida suurem on kubitide arv, seda suurem on neisse salvestatud teabe hulk. Võrreldes sama arvu bittidena salvestatud teabega, suureneb kubitites sisalduv teave eksponentsiaalselt. See teebki kvantarvuti nii võimsaks. Ja veel, nagu Caltechi Preskill 2012. aastal kirjutas, on usaldusväärse kvantriistvara loomine keeruline, kuna kvantsüsteeme on keeruline täpselt juhtida.
Sundar Pichai koos ühe Google'i Quantum Computeriga Santa Barbara laboris Californias, USA-s. (Foto Reutersi kaudu) Kas Google on selle saavutanud?
Teadlased näitasid, milleks kvantarvuti võimeline on. Nad ehitasid Google'i kvantarvuti Sycamore abil 54 kubitise arhitektuuri. Kuigi üks neist ei toiminud, olid ülejäänud 53 kubitti takerdunud superpositsiooni olekusse.
Meeskond koostas umbes 1000 operatsioonist koosneva juhusliku jada. Iga kord, kui nad seda juhuslikku algoritmi käivitasid, toodab kvantarvuti bitistringi.
Nüüd on mõned bitstringid tõenäolisemad kui teised ja on võimalik kindlaks teha, millised neist on tõenäolisemad. Mida keerulisem on juhuslik kvantahel, seda raskem on klassikalisel arvutil tuvastada tõenäolisemaid bitstringe – ja raskused kasvasid eksponentsiaalselt. Ülemvõim saavutati, kui nad näitasid, et kvantprotsessoril kulus ülikeerulise juhusliku algoritmi arvutamiseks vaid 200 sekundit, samas kui kiireimal superarvutil oleks kulunud 10 000 aastat, teatas Google e-kirjas.
Loe ka | Kvantiülemus andmetöötluses: test tehtud, reaalne kasutus on kaugel
Niisiis, mis kasu see teeb?
Praktiliste rakenduste osas mitte ühtegi. Täidetud ülesanne ei ole selle verstaposti jaoks ülitähtis; Google'i meilis öeldi, et see on palju rohkem seotud tõsiasjaga, et verstapost juhtus. Analoogia tõi välja vennad Wrightid: nende jaoks, kes demonstreerisid, et lennundus on võimalik, polnud niivõrd oluline, kuhu lennuk suundus, kus see õhku tõusis ja maandus, vaid see, kas see üldse lennata suutis.
Kas kõik on veendunud?
IBM on vaidlustanud Google'i väite, et selle kvantarvutust ei saa teha traditsiooniline arvuti. IBM on blogipostituses väitnud, et Google'i teadlaste kirjeldatud arvutus oleks võimalik olemasoleva arvutiga saavutada vähem kui kahe ja poole päevaga, mitte 10 000 aastaga.
Muide, IBM ise väitis neljapäeval läbimurret kvantarvutustes. Selle teadlased tegid läbimurde üksikute aatomite kvantkäitumise kontrollimisel, näidates mitmekülgset uut kvantarvutuse ehitusplokki, teatas IBM oma veebisaidil. Artikkel avaldatakse ajakirjas Science. Google'i uuringud ilmuvad ajakirjas Nature.
Ära jäta vahele Explained | Dushyant Chautala: see 31-aastane 'buddha' on oma vanusest kõrgem ja suhtleb kõigiga
Mis edasi?
Teadlased soovivad oma tööd parandada, sealhulgas vigade tuvastamist ja parandamist. California ülikool Santa Barbaras märkis, et uurimistöö on juba saavutanud väga reaalse tööriista juhuslike arvude genereerimiseks. Juhuslikud numbrid võivad olla kasulikud mitmesugustes valdkondades, sealhulgas krüptitud võtmete kaitsmisel dekrüpteerimiseks, mis võib valitsustele olla potentsiaalselt keeruline probleem.
Kvantarvutid võivad ühel päeval tuua kaasa tohutuid edusamme teadusuuringutes ja tehnoloogias. Kasulike valdkondade hulgas on tehisintellekt ja uued ravimiteraapiad. Kõik see on aga kaugel.
Jagage Oma Sõpradega:
