Förklarat: Vad är kvantöverhöghet?

Quantum supremacy är en milstolpe som länge har eftersträvats inom datoranvändning, och nu har Google meddelat att den har nått den. En titt på vetenskapen bakom konceptet, och vad som verkligen uppnåddes och hur mycket som återstår.

En komponent i Googles kvantdator i Santa Barbara-labbet, Kalifornien, USA. (Foto via Reuters)

Denna vecka meddelade Google att de har uppnått ett genombrott som kallas kvantöverlägsenhet i datoranvändning. Vad betyder det och varför är det viktigt?

Så, vad är kvantöverhöghet?

Det är en term som föreslogs 2012 av John Preskill, professor i teoretisk fysik vid California Institute of Technology. Den beskriver punkten där kvantdatorer kan göra saker som klassiska datorer inte kan. I Googles fall har forskare vid University of California, Santa Barbara, hävdat att de har utvecklat en processor som tog 200 sekunder att göra en beräkning som skulle ha tagit en klassisk dator 10 000 år.

Men vad är en kvantdator?

Våra traditionella datorer arbetar utifrån den klassiska fysikens lagar, särskilt genom att utnyttja flödet av elektricitet. En kvantdator, å andra sidan, försöker utnyttja de lagar som styr beteendet hos atomer och subatomära partiklar. I den lilla skalan upphör många lagar i klassisk fysik att gälla, och kvantfysikens unika lagar kommer in i bilden.

Att utveckla en sådan dator har varit ett mål för forskare i nästan fyra decennier. 1981 skrev fysikern Richard Feynman: Att försöka hitta en datorsimulering av fysik förefaller mig vara ett utmärkt program att följa ut... Naturen är inte klassisk... och om du vill göra en simulering av naturen, är det bättre att du gör det kvantmekaniskt, och av golly är det ett underbart problem, för det ser inte så lätt ut.

Vilken skillnad skulle en sådan simulering göra?

Det handlar om bearbetningshastighet. Låt oss titta på hur en klassisk dator bearbetar information. Informationsbitar lagras som antingen 0 eller 1. Varje sträng av sådana siffror (bitsträngar) representerar ett unikt tecken eller instruktion; till exempel representerar 01100001 gemen a.

hur mycket är Kandi Burruss värt

I en kvantdator lagras information i kvantbitar eller kvantbitar. Och en qubit kan vara både 0 och 1 samtidigt. Kvantfysik involverar begrepp som även fysiker beskriver som konstiga. Till skillnad från klassisk fysik, där ett objekt kan existera på en plats samtidigt, tittar kvantfysiken på sannolikheten för att ett objekt befinner sig på olika punkter. Existens i flera tillstånd kallas superposition, och relationerna mellan dessa tillstånd kallas förtrassling.

Ju högre antal qubits, desto högre mängd information lagras i dem. Jämfört med informationen lagrad i samma antal bitar, ökar informationen i qubits exponentiellt. Det är det som gör en kvantdator så kraftfull. Och ändå, som Caltechs Preskill skrev 2012, är det utmanande att bygga pålitlig kvanthårdvara på grund av svårigheten att kontrollera kvantsystem exakt.

melissa bränner jere bränner

Sundar Pichai med en av Googles kvantdatorer i Santa Barbara-labbet, Kalifornien, USA. (Foto via Reuters)

Är det vad Google har uppnått?

Forskarna visade vad en kvantdator kan. De byggde en arkitektur på 54 qubits med Sycamore, Googles kvantdator. Medan en av dessa inte fungerade, var de andra 53 qubitarna intrasslade i ett superpositionstillstånd.

Teamet komponerade en slumpmässig sekvens av cirka 1 000 operationer. Varje gång de sedan körde denna slumpmässiga algoritm, skulle kvantdatorn producera en bitsträng.

Nu är det mer sannolikt att vissa bitsträngar uppstår än andra, och det är möjligt att identifiera vilka som är mer sannolika. Men ju mer komplex den slumpmässiga kvantkretsen är, desto svårare för en klassisk dator att identifiera de troligare bitsträngarna - och svårigheten växte exponentiellt. Överlägsenhet uppnåddes när de visade att kvantprocessorn bara tog 200 sekunder att beräkna en superkomplex slumpmässig algoritm, medan den snabbaste superdatorn skulle ha tagit 10 000 år, sa Google i ett mejl.

Läs också | Kvantöverlägsenhet i datoranvändning: Testet gjort, användning i verkligheten långt borta

Så, vad hjälper det?

Inga, vad gäller praktiska tillämpningar. Uppgiften som utförs är inte superviktig för denna milstolpe; det handlar mycket mer om det faktum att milstolpen inträffade i första hand, sa e-postmeddelandet från Google. Den citerade bröderna Wright som en analogi: För att de skulle visa att flygning är möjlig spelade det inte så stor roll vart planet var på väg, vart det lyfte och landade, utan att det överhuvudtaget kunde flyga.

Är alla övertygade?

IBM har bestritt Googles påstående att dess kvantberäkning inte kunde utföras av en traditionell dator. I ett blogginlägg har IBM hävdat att beräkningen som beskrivits av Google-forskarna skulle kunna uppnås av en befintlig dator på mindre än två och en halv dag, inte 10 000 år.

IBM själv hävdade för övrigt ett kvantberäkningsgenombrott på torsdagen. Dess forskare gjorde ett genombrott i att kontrollera kvantbeteendet hos enskilda atomer, och demonstrerade en mångsidig ny byggsten för kvantberäkning, sa IBM på sin webbplats. Uppsatsen publiceras i tidskriften Science. Googles forskning visas i Nature.

Missa inte från Explained | Dushyant Chautala: Gammal över sin ålder, denna 31-åriga 'buddha' ansluter till alla

Vad härnäst?

Forskarna försöker förbättra sitt arbete, inklusive att upptäcka och åtgärda fel. University of California, Santa Barbara noterade att forskningen redan har uppnått ett mycket verkligt verktyg för att generera slumpmässiga tal. Slumpmässiga siffror kan vara användbara inom en mängd olika områden – inklusive att skydda krypterade nycklar för dekryptering, vilket kan vara en potentiellt svår fråga för regeringar.

penny hardaway nettovärde

Kvantdatorer kan en dag resultera i enorma framsteg inom vetenskaplig forskning och teknologi. Bland områden som kan vinna är artificiell intelligens och nya läkemedelsterapier. Allt detta är dock långt borta.

Dela Med Dina Vänner: