Превосходство квантовых компьютеров

Google выпустил статью в научном журнале Nature. Он показал квантовый процессор Sycamore и его производительность, выполнив целевое вычисление за 200 секунд. По мнению Google, это большая проблема, потому что, по их мнению, для самого быстрого компьютера в мире на выполнение тех же вычислений потребуется 10000 лет. Способность квантового компьютера выполнять задачу, которая практически невозможна с традиционным компьютером, является квантовым превосходством.

Все, что вы делаете на компьютере, в конечном итоге преобразуется в 0 и 1 и представляется в битах, где каждый бит может быть либо 0, либо 1. В квантовом компьютере этот фундаментальный аспект меняется. Квантовый компьютер использует квантовые биты или кубиты, которые могут представлять как 0, так и 1 одновременно. Квантовый компьютер способен сделать это, применяя ключевые понятия квантовой механики: наложение и запутывание. Наложение - это явление, позволяющее квантовым компьютерам одновременно находиться в нескольких состояниях (как 0, так и 1).

Только после окончательного измерения кубита для проверки результата вычислений он падает до 1 или 0. Чип Sycamore, разработанный Google, использует 53-кубитный процессор, который способен одновременно удерживать 2^5^3 состояния. Теоретически, квантовый компьютер со 100 кубитами будет более мощным, чем все суперкомпьютеры на планете вместе взятые.

Запутанность - другая важная особенность, которая отличает квантовую от классической. Это явление позволяет соединять пары квантовых битов таким образом, что изменение состояния одного будет влиять на состояние другого.

Наложение и запутывание делают квантовые вычисления значительно и экспоненциально быстрее, чем традиционные машины. В то время как в традиционной машине удвоение числа битов удваивает вычислительную мощность, в квантовом компьютере удвоение числа кубитов приводит к экспоненциальному увеличению вычислительной мощности.

Простое выражение этой концепции - посмотреть, как оба компьютера находят правильный путь через лабиринт. Классическая машина пробует каждый путь один за другим, пока не наткнется на правильный путь, который позволит ей избежать лабиринта. Квантовый компьютер пробует все пути одновременно и мгновенно обеспечивает правильный путь.

Состояние квантовой суперпозиции чрезвычайно хрупкое. В любой момент возмущения (или шумы), такие как небольшие изменения вибрации или температуры, могут привести к интерференции и нарушению квантового поведения. Это известно как декогеренция. Вот почему квантовые процессоры встроены в переохлаждаемые помещения с контролируемой средой. Тем не менее, следует отметить, что эти контролируемые среды не полностью исключают возможность ошибок.

Генеральный директор Google Сундар Пичаи дал интервью после публикации статьи, заявив, что «настоящее волнение в квантовой сфере заключается в том, что Вселенная в основном работает квантовым образом, поэтому вы сможете лучше понимать природу». Однако в действительности нет Кто-то действительно знает, что нам готовят квантовые вычисления, пока они не станут более доступными.