Supremația cuantică este aici, susțin cercetătorii de la Google.
Pentru prima dată, un computer cuantic a rezolvat o problemă care nu poate fi rezolvată de un computer standard – cel puțin nu într-un interval rezonabil de timp – Google a anunțat pe 23 octombrie. Această piatră de hotar, cunoscută sub numele de supremație cuantică, este un pas anticipat către calculatoare cuantice utile.
Cercetătorii au efectuat sarcina cu un cip format din doar 53 de qubiți, versiunea cuantică a biților găsiți în computerele de zi cu zi. „Este fascinant că putem face ceva atât de puternic cu un cip atât de mic”, spune fizicianul cuantic Mária Kieferová de la Universitatea de Tehnologie din Sydney, care nu a fost implicat în studiu.
Dar nu vă așteptați ca computerele cuantice să preia brusc controlul. Calculul efectuat de computerul cuantic Google nu a fost unul deosebit de util. În schimb, sarcina la îndemână a fost una care a fost concepută pentru a juca cu punctele forte ale computerelor cuantice și pentru a fi dificilă pentru un computer non-cuantic sau „clasic”.
În plus, unii cercetători se opun pretenției Google privind supremația cuantică, susținând că piatra de hotar nu a fost încă atinsă.
De aproximativ o lună, zvonurile au circulat printre oamenii de știință că Google va raporta în curând atingerea supremației cuantice (SN: 9/21/19). Anunțul oficial al companiei, într-un studiu publicat pe 23 octombrie în Natură, urmează postării aparent neintenționate a unei versiuni anterioare a studiului pe un site web al NASA în septembrie. Acea lucrare a fost eliminată rapid, dar copii ale ei au persistat și au fost împărtășite cercetătorilor.
Conceptul de supremație cuantică, propus în 2012 de fizicianul teoretician John Preskill, a atras controverse. Termenul se pretează la hype, iar unii fizicieni cuantici preferă să se concentreze pe metrici care implică utilitate practică – ceea ce supremația nu o face.
Dar, spune Preskill, de la Caltech, demonstrația supremației cuantice nu este doar o piatră de hotar în calcul, ci și un progres în înțelegerea de către oamenii de știință a mecanicii cuantice. Realizarea unui computer care poate efectua calcule cuantice complexe la scara supremației cuantice este „o explorare a fizicii pe care nu am fost niciodată în stare să o facem până acum”, spune el.
Folosind computerul, numit Sycamore, cercetătorii Google au efectuat o sarcină numită eșantionare aleatoare a circuitelor. În esență, echipa a efectuat o secvență de operații randomizate pe qubiți. „Este ca și cum codul programului lor a fost ales aleatoriu”, spune informaticianul Bill Fefferman de la Universitatea din Chicago.
Apoi, cercetătorii au măsurat valorile tuturor qubiților. După ce a repetat procesul de mai multe ori, echipa a obținut o distribuție a numerelor care a fost aproape aleatorie – dar nu chiar, datorită efectelor cuantice. Distribuția rezultată este foarte dificil de calculat printr-un computer clasic. Deși Sycamore durează 200 de secunde pentru a repeta procesul de eșantionare de un milion de ori, un supercomputer de ultimă generație, cel mai puternic tip de computer clasic disponibil, ar avea nevoie de 10.000 de ani pentru a face aceeași sarcină, relatează echipa.
„Cu primul calcul cuantic care nu poate fi emulat în mod rezonabil pe un computer clasic, am deschis un nou tărâm al calculului care trebuie explorat”, au scris cercetătorii Google John Martinis și Sergio Boixo pe 23 octombrie într-o postare pe blogul Google AI. Asta pentru că supremația cuantică este o provocare pentru o idee cunoscută sub numele de teza extinsă Church-Turing, un principiu al informaticii, care afirmă că toate tipurile rezonabile de calcul pot fi efectuate de computere clasice. Dacă pretenția de supremație este corectă, ar fi prima încălcare a acestui principiu.
Cu toate acestea, pe 21 octombrie, chiar înainte ca oamenii de știință Google să-și dezvăluie oficial afirmația, cercetătorii de la IBM au contestat-o. Într-o lucrare postată pe arXiv.org, cercetătorii IBM au sugerat că calculul despre care Google spune că ar dura 10.000 de ani ar putea fi efectuat în schimb în 2,5 zile pe un computer clasic, folosind o tehnică îmbunătățită, deși ar necesita în continuare cel mai puternic supercomputer de pe planetă. .
IBM are un efort de calcul cuantic concurent, care a dezvoltat și un computer cuantic de 53 de qubiți. Echipa, cu toate acestea, favorizează o măsurătoare de performanță diferită de supremația cuantică cunoscută sub numele de volum cuantic, care încorporează o varietate de factori, cum ar fi cât de predispuși la erori sunt qubiții și cât de mult își păstrează proprietățile cuantice. Într-o postare pe blog din 21 octombrie, acei cercetători IBM susțin că rezultatul lor înseamnă că Google nu a atins supremația cuantică până la urmă. IBM nu a folosit încă un supercomputer pentru a efectua un astfel de calcul, astfel încât rezultatul supremației cuantice rămâne într-un „teritoriu gri”, spune Kieferová.
Totuși, supremația cuantică nu este o linie simplă de depășit, spune fizicianul cuantic Simon Devitt, de asemenea, de la Universitatea de Tehnologie din Sydney. În schimb, există o zonă tampon nebuloasă. Acolo cade noul rezultat, spune el. Dar „chestia cu supremația nu este ceea ce mă entuziasmează cu adevărat”, spune el. În schimb, ceea ce îl face să meargă este noul nivel de control asupra qubiților faimoși.
„În cele din urmă”, a spus Martinis într-o conferință de presă din 23 octombrie, „acest experiment este despre construirea celui mai puternic computer cuantic din lume în acest moment și să arate că… lucrurile funcționează bine”.
Odată ce fizicienii stăpânesc controlul calculatoarelor cuantice, mașinile ar putea fi extinse pentru a ajuta la probleme utile, cum ar fi studierea fizicii care stau la baza reacțiilor chimice sau chiar tehnicile de criptare folosite pentru a securiza comunicațiile online. Dar aceste realizări rămân departe în viitor, sunt de acord cercetătorii. Supremația cuantică este un pas în această direcție.
„Cred că juriul este încă în discuție dacă aceasta este într-adevăr supremație cuantică”, spune Fefferman. Dar, „indiferent ce s-ar întâmpla, sunt convins că este un experiment impresionant. Ei pavează noi terenuri și merg acolo unde nimeni nu a mai mers înainte.”