Der Artikel ist eine Vermutung über die Eigenschaften eines Quantencomputers, die von Google angekündigt wurde. Das Unternehmen behauptet, dass "ein Quantencomputer das erreichen konnte, was moderne Computer Tausende von Jahren gebraucht hätten". Das Magazin stellt die Frage: Versteht das Google-Team das Auto, das sie erstellt haben? Und wird sie die Person nicht "optimieren"?
In einem kürzlich erschienenen Artikel aus dem Quantum Computing Lab von Google wird bekannt gegeben, dass das Unternehmen die Quantenüberlegenheit erreicht hat. Dies ist nur ein Gespräch, aber was bedeutet das alles?
2012 habe ich den Begriff „Quantenüberlegenheit“für den Punkt geprägt, an dem Quantencomputer das können, was klassische Computer nicht können - und zwar unabhängig von der Nützlichkeit der Aufgaben. Mit diesem neuen Begriff wollte ich betonen, in welcher historisch wichtigen Zeit wir leben. Es ist eine Ehre, im Zeitalter der Entwicklung der Informationstechnologie zu leben, das auf den Prinzipien der Quantenphysik basiert.
Der Begriff "Quantenüberlegenheit" - und in der Tat das Phänomen selbst - hat viele Kontroversen ausgelöst. Und das aus zwei Gründen gleichzeitig. Erstens klingt das Wort "Überlegenheit" aus politischer Sicht schlecht - es ruft ekelhafte Assoziationen mit "weißer Überlegenheit" hervor. Zweitens verschärft dieser Begriff nur den allgemeinen Hype um Quantentechnologien, und es gibt bereits zu viel davon. Ich habe den zweiten noch vorausgesehen, aber den ersten habe ich komplett verpasst. Wie dem auch sei, der Begriff blieb hängen, und jetzt hat das Quantenteam von Google ihn mit Begeisterung aufgenommen.
Ich ging noch ein paar Optionen in meinem Kopf durch, lehnte sie jedoch alle ab und entschied, dass "Quantenüberlegenheit" die Situation am besten widerspiegelt. Ich habe auch über "Quantenvorteil" nachgedacht - und dieser Begriff wurde auch verwendet. Aber für meinen Geschmack klingt "Überlegenheit" immer noch genauer und überzeugender. Während des Rennens sprechen sie von einem Vorteil, selbst wenn ein Pferd weniger als ein Körper vor dem anderen liegt. Die Geschwindigkeit eines Quantencomputers für bestimmte Aufgaben ist um ein Vielfaches höher als die des klassischen. Theoretisch jedenfalls.
Ein kürzlich veröffentlichter Google-Artikel veranschaulicht dies deutlich. Mit einem Gerät mit 53 Qubits (Quantenanaloga der Bits eines klassischen Computers) konnten sie Quantenberechnungen in Minuten durchführen, die für die leistungsstärksten Supercomputer von heute Tausende von Jahren dauern würden. Wenn dies zutrifft, ist dies eine herausragende Leistung in der experimentellen Physik und ein Beweis für eine beispiellose Entwicklung der Quantenhardware. Ich gratuliere allen Teilnehmern des Experiments herzlich.
Hier gibt es jedoch einen Haken. Das Google-Team gibt zu, dass das Problem, das ihre Maschine mit erstaunlicher Geschwindigkeit gelöst hat, sorgfältig ausgewählt wurde, um die Überlegenheit eines Quantencomputers zu demonstrieren. Es hat keinen praktischen Sinn, es zu lösen. Kurz gesagt, der Quantencomputer führte eine zufällig ausgewählte Folge von Befehlen aus, wonach alle Qubits gemessen wurden und am Ausgang eine Bitfolge empfingen. Dies ist eine Quantenberechnung einer sehr kleinen Struktur. Ja, eine solche Aufgabe ist für einen klassischen Computer äußerst schwierig, aber die Antwort ist auch nicht sehr aussagekräftig.
Und doch ist das Ergebnis hervorragend. Durch die Überprüfung, ob die Ausgabe ihres Quantencomputers mit der Ausgabe eines klassischen Supercomputers übereinstimmt (wenn der Betrieb natürlich nicht Tausende von Jahren dauert), bestätigte das Team, dass sie ihr Gerät verstehen und es wie erwartet funktioniert. Nachdem wir herausgefunden haben, dass die Hardware funktioniert, kann sie mit nützlicheren Aufgaben geladen werden.
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Warum ist es wichtig, die Leistung des Geräts zu überprüfen? Weil es sehr schwierig ist, einen Quantencomputer genau zu steuern. In gewisser Weise verstößt eine einfache Betrachtung eines Quantensystems unweigerlich dagegen - das berühmte Heisenbergsche Unsicherheitsprinzip in Aktion. Wenn wir ein solches System zur Speicherung und zuverlässigen Verarbeitung von Informationen verwenden möchten, müssen wir es daher nahezu ideal von der Außenwelt isoliert halten. Gleichzeitig brauchen wir die Qubits, um miteinander zu interagieren - wir wollen Daten verarbeiten. Außerdem müssen wir das System von außen steuern und letztendlich die Qubits messen, um das Ergebnis unserer Berechnungen herauszufinden. Es ist äußerst schwierig, ein Quantensystem zu schaffen, das alle diese Kriterien erfüllt. Um die aktuellen Ergebnisse zu erzielen, wurden auf dem Gebiet der Materialien viele Jahre Fortschritte erzielt. Produktion, Entwicklung und Kontrolle.
Die Leistung von Google ist ein Meilenstein in der Entwicklung angewandter Quantencomputer. Ich dachte, dass die kommende Ära einen eigenen Namen braucht - und kam mit dem "Noisy Intermediate Level Quantum" oder NISQ. Reimt sich mit Risiko. Bei „Intermediate Level“handelt es sich um die Größe von Quantencomputern, die immer günstiger werden. Mit dieser Geschwindigkeit werden sie bald in der Lage sein, Aufgaben auszuführen, die für die heutigen Supercomputer zu schwer sind. "Laut" betont die unvollständige Kontrolle und die daraus resultierenden Fehler und Irrtümer, die sich im Laufe der Zeit ansammeln. Wir können noch keine lange Berechnung durchführen - die richtige Antwort wird uns wahrscheinlich nicht gefallen.
Das Google-Team hat bewiesen, dass es möglich ist, eine Quantenmaschine zu bauen, die groß und genau genug ist, um zuvor unmögliche Aufgaben zu lösen. Betrachten wir dies als den Beginn einer neuen Ära - der Ära der verrauschten Quanten mittlerer Ebene oder des NISQ.
Was wird als nächstes passieren? Natürlich erwarten Google und andere Hardwarehersteller praktische Anwendungen für ihre Quantengeräte. Ein leistungsfähigerer Quantencomputer wird Wissenschaftlern helfen, neue Materialien und chemische Verbindungen zu entwickeln oder Werkzeuge für maschinelles Lernen zu verbessern, aber ein verrauschter Quantencomputer mit einigen hundert Qubits wird wenig nützen. Wir haben jedoch einige praktische Ideen für NISQ-Computer, die wir ausprobieren werden. Auf diese Weise erzielen wir bessere Optimierungsmethoden und genauere physikalische Simulationen - obwohl wir in Wahrheit nicht ganz sicher sind, ob wir erfolgreich sind. Es wird jedoch weiterhin interessant sein, mit der NISQ-Technologie zu spielen, um zu sehen, was sie kann. ich zähledass Quantencomputer früher oder später unsere Gesellschaft verändern werden - auch wenn dies eine Frage der Zukunft ist.
In einem Artikel aus dem Jahr 2012, in dem ich den Begriff „Quantenüberlegenheit“geprägt habe, argumentierte ich: „Wie ist es, große Quantensysteme zu verwalten? Nur "sehr schwierig" oder "lächerlich schwierig"? Wenn erstere, dann können wir nach ein paar Jahrzehnten harter Arbeit durchaus Erfolg haben. Wenn letzteres der Fall ist, wird es mehrere Jahrhunderte dauern, und selbst dann ist es keine Tatsache, dass es funktionieren wird. " Die jüngsten Fortschritte des Google-Teams lassen uns glauben, dass wir uns mit dem ersten Fall befassen - nur "sehr schwierig". In diesem Fall wird es in den kommenden Jahrzehnten eine Fülle von Quantentechnologien geben.
James O'Brien
