Här är vad kvantöverlägsenhet betyder - och inte - betyder för datoranvändning

En Google kvantdator Google

Google har enligt uppgift visat för första gången att en kvantdator kan utföra en uppgift utom räckhåll för till och med den mest kraftfulla konventionella superdatorn i någon praktisk tidsram – en milstolpe som är känd inom datorvärlden som kvantöverlägsenhet. ( Uppdatering : Det bekräftade nyheten den 23 oktober.)

Den olycksbådande termen, som myntades av den teoretiske fysikern John Preskill 2012, framkallar en bild av Darth Vader-liknande maskiner som styr den över andra datorer. Och nyheterna har redan producerat några besynnerliga rubriker, som en på Infowars webbplats som skrek, Googles 'Quantum Supremacy' för att göra all kryptografi och militära hemligheter brytbara. Även politiska personer har fångats i hysterin: Andrew Yang, en presidentkandidat, twittrade att Google att uppnå kvantberäkning är en enorm affär. Det betyder bland mycket annat att ingen kod är oknäckbar.

Dumheter. Det betyder inte alls. Googles prestation är betydande, men kvantdatorer har inte plötsligt förvandlats till datorkolosser som kommer att lämna konventionella maskiner efter i dammet. Inte heller kommer de att lägga slöseri med konventionell kryptografi inom en snar framtid – även om de på längre sikt kan utgöra ett hot som vi måste börja förbereda oss för nu.

Här är en guide till vad Google verkar ha uppnått – och ett motgift mot hypen kring kvantöverlägsenhet.

Vad vet vi om Googles experiment?

Vi har fortfarande inte fått bekräftelse från Google om vad det har gjort. Informationen om experimentet kommer från en artikel med titeln Quantum Supremacy Using a Programmable Superconducting Processor, som kort publicerades på en NASA-webbplats innan den togs ner. Dess existens avslöjades i en rapport i Financial Times - och en kopia av tidningen kan hittas här .

Experimentet är ganska svårbegripligt, men det krävde en hel del beräkningsansträngning. Googles team använde en kvantprocessor med kodnamnet Sycamore för att bevisa att siffrorna som pumpades ut av en slumptalsgenerator verkligen var slumpmässiga. De räknade sedan ut hur lång tid det skulle ta Summit, världens kraftfullaste superdator, att utföra samma uppgift. Skillnaden var fantastisk: medan kvantmaskinen polerade bort den på 200 sekunder, uppskattade forskarna att den klassiska datorn skulle behöva 10 000 år.

När uppsatsen är formellt publicerad kan andra forskare börja sticka hål i metoden, men för närvarande verkar det som att Google har gjort en beräkning först genom att visa att en kvantmaskin verkligen kan överträffa även den mest kraftfulla av dagens superdatorer. Det råder mindre tvivel nu om att kvantdatorer kan vara framtiden för högpresterande datoranvändning, säger Nick Farina, VD för quantum hardware startup EeroQ.

Varför är kvantdatorer så mycket snabbare än klassiska?

I en klassisk dator representerar bitar som bär information antingen a ett eller a 0 ; men kvantbitar, eller kvantbitar – som tar formen av subatomära partiklar som fotoner och elektroner – kan vara i en slags kombination av ett och 0 samtidigt ett tillstånd som kallas superposition. Till skillnad från bitar kan qubits också påverka varandra genom ett fenomen som kallas entanglement, vilket förbryllade även Einstein, som kallade det spöklik action på avstånd.

Tack vare dessa egenskaper, som beskrivs mer i detalj i vår quantum computing-förklaring, ökar dess processorkraft exponentiellt om du lägger till bara några extra qubits till ett system. Avgörande är att kvantmaskiner kan knacka igenom stora mängder data parallellt, vilket hjälper dem att överträffa klassiska maskiner som behandlar data sekventiellt. Det är teorin. I praktiken har forskare arbetat i flera år för att definitivt bevisa att en kvantdator kan göra något även den mest kapabla konventionella man inte kan. Googles ansträngning har letts av John Martinis, som har gjort banbrytande arbete med att använda supraledande kretsar för att generera qubits.

Betyder inte denna snabbhet att kvantmaskiner kan köra om andra datorer nu?

Nej. Google valde en mycket snäv uppgift. Kvantdatorer har fortfarande en lång väg kvar att gå innan de kan bäst klassiska datorer på det mesta – och de kanske aldrig kommer dit. Men forskare som jag har pratat med sedan tidningen publicerades på nätet säger att Googles experiment fortfarande är betydelsefullt eftersom det under lång tid har funnits tvivel om att kvantmaskiner någonsin skulle kunna överträffa klassiska datorer på något sätt.

Hittills har forskargrupper kunnat reproducera kvantmaskiners resultat med cirka 40 qubits på klassiska system. Googles Sycamore-processor, som utnyttjade 53 qubits för experimentet, tyder på att sådan emulering har nått sina gränser. Vi går in i en era där att utforska vad en kvantdator kan göra nu kommer att kräva en fysisk kvantdator ... Du kommer inte att kunna reproducera resultat på ett trovärdigt sätt längre på en konventionell emulator, förklarar Simon Benjamin, en kvantforskare vid University of Oxford .

Har inte Andrew Yang rätt i att våra kryptografiska försvar nu kan sprängas isär?

Återigen, nej. Det är en vild överdrift. Googles uppsats klargör att även om dess team har kunnat visa kvantöverhöghet i en smal samplingsuppgift, är vi fortfarande långt ifrån att utveckla en kvantdator som kan implementera Shors algoritm, som utvecklades på 1990-talet för att hjälpa kvantmaskiner faktor enorma antal. Dagens mest populära krypteringsmetoder kan bara brytas genom att faktorisera sådana siffror - en uppgift som skulle ta konventionella maskiner många tusen år.

Men detta kvantgap borde inte vara anledning till självbelåtenhet, eftersom saker som finansiella och hälsojournaler som kommer att föras i årtionden så småningom kan bli sårbara för hackare med en maskin som kan köra en kod-busting-algoritm som Shors. Forskare arbetar redan hårt med nya krypteringsmetoder som kommer att kunna motstå sådana attacker (se vår förklarande om postkvantkryptering för mer information).

Varför är inte kvantdatorer lika suveräna som kvantöverlägsenhet får dem att låta?

Den främsta anledningen är att de fortfarande gör mycket fler fel än klassiska. Qubits känsliga kvanttillstånd varar bara i bråkdelar av en sekund och kan lätt störas av även den minsta vibration eller liten temperaturförändring - fenomen som kallas brus i kvanttal. Detta gör att misstag kryper in i beräkningar. Qubits har också en Tinder-liknande tendens att vilja koppla ihop sig med många andra. Sådan överhörning mellan dem kan också ge fel.

Googles papper föreslår att det har hittat ett nytt sätt att minska överhörningen, vilket kan hjälpa till att bana väg för mer pålitliga maskiner. Men dagens kvantdatorer liknar fortfarande tidiga superdatorer i mängden hårdvara och komplexitet som behövs för att få dem att fungera, och de kan bara hantera mycket esoteriska uppgifter. Vi är ännu inte ens i ett stadium som motsvarar ENIAC, IBM:s första allmänna dator, som togs i bruk 1945.

Så vad är nästa kvantmilstolpe att sikta på?

Bästa konventionella datorer för att lösa ett verkligt problem – en bedrift som vissa forskare kallar kvantfördelar. Förhoppningen är att kvantdatorernas enorma processorkraft kommer att hjälpa till att avslöja nya läkemedel och material, förbättra tillämpningar för artificiell intelligens och leda till framsteg inom andra områden som finansiella tjänster, där de skulle kunna tillämpas på saker som riskhantering.

Om forskare inte snart kan visa en kvantfördel i åtminstone en av dessa typer av applikationer, kan bubblan av uppblåsta förväntningar som blåser upp kring kvantberäkning snabbt spricka.

När jag frågade Googles Martinis om detta i en intervju för en berättelse förra året var han tydligt medveten om risken. Så fort vi kommer till kvantöverhöghet, sa han till mig, kommer vi att vilja visa att en kvantmaskin kan göra något riktigt användbart. Nu är det dags för hans team och andra forskare att ta sig an den akuta utmaningen.

Dölj