Nya vändningar på vägen till Quantum Supremacy

IBM

Efter årtionden av hype och rubriker är kvantdatorer äntligen redo att visa sin överlägsenhet gentemot konventionella maskiner.

Exakt när detta kommer att hända är dock lite flummigt. Dessutom kommer det att dröja ett tag innan dessa magiska maskiner kommer att ha någon märkbar inverkan på våra liv.

Den punkt där en kvantmaskin ska kunna utföra beräkningar som är för komplexa för att modellera på någon konventionell maskin, ett landmärke som kallas kvantöverhöghet, tros vara cirka 49 kvantbitar, kvantekvivalenten till de bitar som representerar ett eller 0 i en vanlig dator.

Googles forskare verkar vara ledande i kapplöpningen om en 49-qubit-maskin (se Googles nya chip är ett steg mot Quantum Computing Supremacy). Men tidigare i veckan, forskare vid IBM:s kvantforskningslabb i Yorktown Heights, New York, demonstrerade att det är möjligt att modellera beteendet hos en kvantdator bortom landmärket på 49 qubit genom att utnyttja flera smarta matematiska tekniker. IBM tillåter också programmerare att experimentera med sina kvantdatorer genom en molnplattform som kallas IBM Q .

Två IBM-kvantberäkningsforskare, Hanhee Paik (till vänster) och Sarah Sheldon, undersöker en av företagets maskiner. IBM

Vi tror inte att det kommer att finnas ett enda landmärke eller mått för att mäta förmågan hos en kvantdator, säger Bob Wisnieff , en forskare på IBM som är involverad i det nya simuleringsarbetet. Vi tittar aktivt på metoder som visar att kvantmaskiner har en fördel jämfört med klassiska system.

En kvantdator kommer att behöva betydligt mer än 49 qubits för att vara användbar. Den bästa åtgärden kommer att vara att ta itu med verkliga problem, och det är fortfarande oklart när det kommer att bli möjligt, även om farten håller på att byggas upp.

För att överträffa vad konventionella datorer kan uppnå genom att bearbeta information i form av konventionella bitar, utnyttjar kvantdatorer fysikens kontraintuitiva, probabilistiska natur på atomär och subatomär skala. Genom att utnyttja superposition och intrassling – begrepp som förbryllade och irriterade Einstein – kan dessa maskiner beräkna på ett fundamentalt annorlunda sätt och utföra oerhört komplexa beräkningar med hastigheter som annars skulle vara otänkbara (se 10 Breakthrough Technologies 2017: Practical Quantum Computers ).

Trots fram och tillbaka över måttet på en kvantdators kapacitet, är konsensus bland experter att det fortfarande skulle vara ett viktigt steg att nå 49 qubits. Alla system med massor av qubits är värt besväret, för för att komma till 1 000 eller 1 000 000 qubits måste vi ta itu med 100 först, säger Christopher Monroe , en professor vid University of Maryland som studerar kvantinformationsteori. Simulering av kvantkomponenter spelar en viktig roll för att driva framsteg mot mer komplexa system, eftersom det inte alltid är praktiskt att testa beteendet hos en design med riktig hårdvara.

Både Google och IBM utvecklar sina maskiner med supraledande kretsar kylda till extrema temperaturer. IBM har tillkännagett en 16-qubit-maskin, och Google anses allmänt ha en 22-qubit-maskin, även om företaget ännu inte officiellt har bekräftat detta.

IBMs 16-qubit-chip.

När de tävlar om att bygga de första praktiska kvantdatorerna, kämpar de inblandade också på att utveckla mjukvaruverktygen som kommer att göra dessa maskiner användbara. Förutom IBM:s molnplattform, denna vecka Google och en Kalifornien-baserad startup som heter Rigetti Computing meddelat programvara för att konvertera kemiska simuleringar till en form som en kvantdator kan hantera. Denna nya programvara, som kallas OpenFermion , är fritt tillgänglig och designad för att fungera med andra kvantdatorer, inklusive IBM.

Kemi och materialvetenskap är det första målet för kvantberäkning eftersom tekniken kan erbjuda ett sätt att modellera atomers interaktioner på helt nya nivåer av komplexitet (se Kemister är först på väg att dra nytta av kvantberäkning).

Relaterad berättelse

Relaterad berättelse

Monroe säger att ansträngningar som IBM Q och OpenFermion kommer att visa sig vara avgörande för att öppna upp potentiella tillämpningar av tekniken när den skalas upp.

Jag tror att vi under de kommande fem till 10 åren kommer att ha 100-plus-qubit-maskiner som kommer att vara tillgängliga för alla, och det kommer att vara när användbara applikationer kommer att hittas, säger Monroe. Min gissning är att användbara kvanttillämpningar bara kommer att hittas när vi bygger kvantmaskiner som kan användas av människor som känner till svåra problem inom logistik, ekonomiska marknader, mönsterigenkänning och modellering av material.

Intresset växer för huruvida kvantdatorer också kan vara användbara för maskininlärning Andrew Childs , en annan professor vid University of Maryland, säger att detta förblir en öppen utmaning. Det finns verkligen mycket buzz om kvantmaskininlärning, säger han. Jag tycker att det här området är väldigt intressant, men dess löfte är långt ifrån klart.

Scott Aaronson , en professor vid University of Texas i Austin och chef för dess Quantum Information Center, sade i en senaste blogginlägget att IBMs uppsats om kvantöverhöghet inte minskade betydelsen av Googles mål för kvantöverhöghet.

Pratar via e-post till MIT Technology Review , varnade Aaronson också för att milstolpen utan tvekan kommer att locka till sig betydande hype. Naturligtvis finns det en risk att grejer med kvantöverhöghet kommer att överhypas och missförstås, skrev han. Vad har inte varit på det här området?

Dölj