23 Ekim 2019’da Google, Nature dergisinde “ Programlanabilir bir süper iletken işlemci kullanan kuantum üstünlüğü ” başlıklı bir makale yayınladı . Teknoloji devi, çok övülen bir hedefe ulaştığını duyurdu: kuantum üstünlüğü.

Bu belki de yanlış seçilmiş terim ( fizikçi John Preskill tarafından türetilmiştir ), en hızlı klasik bilgisayarlara göre bile kuantum mekanik sistemlere dayalı işlemcilerin sergileyeceği tahmin edilen muazzam hızı ifade etmek içindir.

Google’ın kıyaslaması, bağımsız olarak adreslenebilen 54 süper iletken bağlantı cihazından (bunlardan yalnızca 53’ü gösteri için çalışıyordu) oluşan Sycamore kod adlı yeni bir kuantum işlemci türü üzerinde elde edildi.

Bu cihazların her biri, bir bit kuantum bilgisinin depolanmasına izin verir. İki durumdan yalnızca birini (ikili kodun dijital dilinde 0 veya 1) depolayabilen klasik bir bilgisayardaki bitlerin aksine, bir kuantum biti – qbit – bilgiyi tutarlı bir üst üste bindirme durumunda depolayabilir. hem 0 hem de 1’in kesirli miktarlarını içerir.

Son dakika haberleriyle ilgili değil. Asılsız görüşler hakkında değil.

Sycamore, California Üniversitesi, Santa Barbara’daki fizikçi John Martinis’in süper iletkenlik araştırma grubu tarafından geliştirilen teknolojiyi kullanıyor . Tüm Sycamore sistemi, özel helyum seyreltme soğutma teknolojisi kullanılarak kriyojenik sıcaklıklarda soğuk tutulmalıdır. Böylesine büyük bir sistemi mutlak sıfır sıcaklığına yakın tutmanın getirdiği muazzam zorluk nedeniyle, teknolojik bir güçtür.

Google araştırmacıları, kuantum işlemcilerinin, sözde rastgele bir kuantum devresinin çıktısını örneklemedeki performansının, dizüstü bilgisayarlarımızdaki türde olduğu gibi, klasik bir bilgisayar çipinden çok daha iyi olduğunu gösterdi. Ne kadar büyük bir tartışma konusu haline geldi ve hikaye entrikasız değildi.

Google grubunun NASA Teknik Raporlar Sunucusu (NTRS) hakkındaki makalesinin yanlışlıkla sızdırılması, Nature’ın yazarların henüz yayınlanmamış makaleler hakkında tartışmasını yasakladığı karartma döneminde, yayınlanmadan bir ay önce gerçekleşti . Atlama anlıktı, ancak The Financial Times , The Verge ve diğer yayınların hikayeyi almasına yetecek kadar uzundu.

Bilgisayar bilimcisi Scott Aaronson’ın iyi bilinen bir kuantum hesaplama blogu , sızıntıya bazı dolaylı referanslar içeriyordu . Bu yanlılığın nedeni, makale nihayet çevrimiçi olarak yayınlandığında ve Aaronson sonunda kendisini gözden geçirenlerden biri olarak gösterebildiğinde ortaya çıktı.

Google’ın hikayesine meydan okumalar

Google grubunun iddiaları IBM’in kuantum hesaplama grubu tarafından hemen karşılandığında, hikayenin tartışmalı bir yönü daha oldu. IBM , ArXiv’de (henüz meslektaş incelemesinden geçmemiş akademik makaleler için çevrimiçi bir havuz) yayınlanan bir ön baskıyı ve 21 Ekim 2019 tarihli bir blog gönderisini (tarihi not edin!) paylaştı.

Google grubu, klasik (süper) bir bilgisayarın Sycamore işlemcisinin 200 saniyede yapabileceği aynı 53 qbit rastgele kuantum devre örnekleme görevini simüle etmesi için 10.000 yıl gerekeceğini iddia ederken, IBM araştırmacıları klasik hesaplama süresi sadece bir gün meselesi.

Bununla birlikte, IBM’in klasik hesaplamasının, dünyanın en hızlı süper bilgisayarı olan Tennessee’deki Oak Ridge Ulusal Laboratuarlarında IBM tarafından geliştirilen Summit OLCF-4 üzerinde, bu kıyaslamayı elde etmek için ikincil depolamanın akıllıca kullanılmasıyla gerçekleştirilmesi gerekecekti.

Kuantum bilgisiyle ilgili donanım teknolojileri üzerinde çalışan benim gibi araştırmacıların büyük ilgisini çekse ve akademik övünme hakları oluşturma açısından önemli olsa da, hikayenin IBM’e karşı Google yönü, kuantumla ilgili her şeyle ilgilenen genel halk için muhtemelen daha az alakalıdır. .

Ortalama bir vatandaş için 53 qbitlik bir cihazın dünyanın en hızlı süper bilgisayarını (10.000’den fazla çok çekirdekli işlemci içeren) yenebileceği gerçeği hiç şüphesiz etkileyicidir. Şimdi sırada ne olabileceğini hayal etmeye çalışmalıyız.

Bugün kuantum hesaplamanın gerçekliği, donanım cephesinde çok etkileyici adımlar atılmış olmasıdır. İyon tuzakları , Google’ın Sycamore sistemindekilere benzer süper iletken cihaz dizileri ve elmastaki NV-merkezlerinde hapsolmuş izole elektronlar da dahil olmak üzere çok çeşitli güvenilir kuantum bilgi işlem donanım platformları artık mevcuttur .

Bu ve diğer sistemlerin tümü, her birinin yararları ve sakıncaları olan, şimdi yürürlüktedir. Şimdiye kadar araştırmacılar ve mühendisler, kuantum hesaplama için bu farklı donanım platformlarını geliştirmede sürekli teknolojik ilerleme kaydettiler.

Biraz geride kalan şey, kuantum bilgisayarlarda çalışacak ve olası kuantum hızlanmalarından tam olarak yararlanabilecek şekilde tasarlanmış özel olarak tasarlanmış algoritmalardır (bilgisayar programları). Birkaç kayda değer kuantum algoritması mevcut olsa da – örneğin kriptografide uygulamaları olan Shor’un çarpanlara ayırma algoritması ve veritabanı arama uygulamalarında yararlı olabilecek Grover’ın algoritması – toplam kuantum algoritmaları seti oldukça küçük kalır.

Kuantum hesaplamaya yönelik erken ilginin (ve finansmanın) çoğu, kriptografi ve kod kırmada kuantum etkin ilerlemelerin olasılığı tarafından teşvik edildi. Gizli iletişimden finansal işlemlere kadar çok sayıda çevrimiçi etkileşim, güvenli ve şifreli mesajlar gerektirir ve modern kriptografi, bu şifrelemeyi elde etmek için büyük sayıları çarpanlarına ayırmanın zorluğuna dayanır.

Kuantum hesaplama, bu alanda çok yıkıcı olabilir, çünkü Shor’un algoritması, kod kırmayı çok daha hızlı hale getirebilirken, kuantum tabanlı şifreleme yöntemleri, herhangi bir dinleyicinin algılanmasına izin verebilir.

Çeşitli kurumların güvenli askeri ve finansal iletişim için kırılmaz kodlara olan ilgisi, kuantum hesaplama araştırmalarının ana itici gücü olmuştur. Kuantum hesaplamanın tüm bu kod oluşturma ve kod kırma uygulamalarının, hiçbir sistemin tamamen güvenli olmadığı gerçeğini bir dereceye kadar görmezden geldiğini belirtmekte fayda var; her zaman bir arka kapı olacaktır, çünkü her zaman tehlikeye atılabilecek kuantum olmayan bir insan unsuru olacaktır.

Kuantum uygulamaları

Casusluk ve bilgisayar korsanlığı olmayan topluluklar için – başka bir deyişle, geri kalanımız için – daha çekici olan, klasik bilgisayarlar kullanılarak etkin bir şekilde çözülemeyen çok zor problemleri çözmek için kuantum hesaplamanın olası uygulamalarıdır.

İronik olarak, bu problemlerin çoğu, ilaç tasarımıyla ilgili olabilecek kuantum kimyası problemleri ve yüksek sıcaklık süperiletkenliği ile ilgili bir dizi de dahil olmak üzere yoğun madde fiziğindeki çeşitli zorluklar gibi kuantum-mekanik problemleri çözmek için klasik bilgisayarları kullanmaya çalıştığımızda ortaya çıkıyor .

Peki kuantum hesaplamanın harika ve vahşi dünyasında neredeyiz?

Son yıllarda, qbit’lerin kulağa fütüristik görünen bir dizi kuantum donanım platformu kullanılarak oluşturulabileceği, saklanabileceği, manipüle edilebileceği ve okunabileceği konusunda birçok ikna edici gösteri yaptık. Ancak algoritmalar gecikiyor. Kuantum hesaplama olasılığı büyüleyici olsa da, çok yönlü modern bilgi işlem cihazlarımıza güç sağlayan silikon çiplerin kuantum eşdeğerlerine sahip olmamız muhtemelen uzun zaman alacak.