Google potwierdza przełom “supremacji kwantowej”

Google oficjalnie przyznał, że osiągnął supremację kwantową. Twierdzi również, że jego Sycamore, składający się z 54 kubitów, był w stanie wykonać obliczenia w 200 sekund. Najpotężniejszemu superkomputerowi na świecie zajęłoby to 10 tysięcy lat. Obliczenia, które obejmowałyby wygenerowane liczby losowe, są zasadniczo niemożliwe na tradycyjnym komputerze.

Sycamore

Klasyczne komputery, od laptopa po superkomputery wielkości magazynu, działają tylko w systemie binarnym. Natomiast komputery kwantowe, podobnie jak Sycamore, używają bitów kwantowych, zwanych potocznie kubitami, by wykonywać obliczenia. Zamiast utknąć z dwiema możliwościami dla jednego bitu, kubit może być równocześnie 0 i 1. To oznacza, że moc obliczeniowa rośnie wykładniczo, im więcej masz kubitów. 

Amerykański fizyk teoretyczny John Preskill po raz pierwszy zastosował pojęcie “supremacja kwantowa” w 2012 roku. Zdefiniował ją jako punkt, w którym komputery kwantowe mogą robić rzeczy, których nie są w stanie wykonać tradycyjne urządzenia. 

Supremacja kwantowa

Opracowanie nowego rodzaju systemu komputerowego wykorzystującego fizykę kwantową do obliczania problemów jest konieczne nie ze względu na szybkość, jaką może zaoferować, ale również dlatego, że zbliżamy się do granicy tego, co możemy zrobić z tradycyjnym sprzętem. Obecnie typowy rozmiar tranzystora w większości komputerów wynosi 14 nanometrów. To niewiarygodnie mało, około 500 razy mniej niż pojedyncza komórka krwi. Tranzystory są konieczne, ponieważ umożliwiają komputerom zamianę bitów na 1 lub 0. Elektrony, które mogą przejść przez przełącznik, otrzymują wartość 1. Zablokowane stają się zerami. Jeśli tranzystor jest znacznie mniejszy niż 14 nanometrów, elektrony mogą go czasem zignorować. Przeskakują na drugą stronę tej bariery. To tzw. zjawisko tunelowe.

Natomiast komputery kwantowe używają kubitów, Większość maszyn kwantowych wykorzystuje kubity zbudowane z fotonów, które są fragmentami promieniowania elektromagnetycznego. Najczęściej badania koncentrują się nie tylko na próbie stworzenia maszyn z większą ilością kubitów, ale również opracowaniu sposobów wykorzystaniu takich właściwości, jak splątanie kwantowe i manipulacja kwantowa. Badacze szukają też rozwiązań równań matematycznych w wielowymiarowych przestrzeniach wektorowych. Chcą znaleźć poprawne odpowiedzi.

Rola odpowiedzialności

Preskill podkreśla, że nie dysponujemy doskonałą kontrolą nad kubitami. Co może powodować błędy, które z czasem się kumulują. Jeśli badacze będą wykonywać zbyt długie obliczenia, prawdopodobnie nie uzyskają właściwej odpowiedzi.

Innymi słowy, naukowcy muszą lepiej kontrolować magię dziejącą się na poziomie kwantowym. Wtedy będą w stanie wyeliminować nieprawidłowe odpowiedzi i zwiększyć dokładność wyników. Być może hydrydowa maszyna, łącząca komputer kwantowy z tradycyjnym stanowi dobre rozwiązanie. 

Naukowcy powinni również się zastanowić, jak wykorzystać komputery kwantowe do rozwiązania prawdziwych problemów, a nie tylko do przedstawiania koncepcji. Mogą np. służyć do diagnozowania zmian klimatu i szukania sposobów, jak je zatrzymać, spowolnić lub odwrócić.