Neden “Kuantum Üstünlüğü” terimini kullandım


Google’ın kuantum bilgi işlem laboratuarından yeni bir makale, şirketin kuantum üstünlüğüne ulaştığını duyurdu. Herkes bunun hakkında konuşuyor, ama ne anlama geliyor?

2012'de, kuantum bilgisayarların klasik bilgisayarların yapamayacağı şeyleri, bu görevlerin yararlı olup olmadığına bakılmaksızın yapabilecekleri noktayı tanımlamak için “kuantum üstünlüğü” terimini önerdim. Bu yeni terim ile, bunun kuantum fiziğinin ilkelerine dayanan bilgi teknolojilerinin yükselen olduğu gezegenimizin tarihinde ayrıcalıklı bir zaman olduğunu vurgulamak istedim.

Orijinal hikaye, izniyle yeniden basıldı Quanta DergisiMatematiğin ve fizik ve yaşam bilimlerindeki araştırma gelişmelerini ve eğilimlerini kapsayarak halkın bilim anlayışını geliştirmek olan Simons Vakfı'nın editoryal olarak bağımsız bir yayınıdır.

“Kuantum üstünlüğü” kelimelerinin (kavram değilse), iki nedenden dolayı tartışmalı olduğu ortaya çıktı. Birincisi, bu üstünlük, beyaz üstünlükle olan ilişkisi sayesinde, reddedilen bir politik duruş uyandırıyor. Diğer bir sebep ise, kelimenin kuantum teknolojisinin durumu hakkında zaten fazla yazılmış olan raporları daha da şiddetlendirmesidir. İkinci itirazı öngördüm ancak ilkini öngöremedi. Her durumda, terim yakalandı ve Google AI Quantum ekibi tarafından özel bir coşkuyla benimsendi.

Kuantum üstünlüğünün, iletmek istediğim noktayı en iyi yakaladığına karar vererek, başka olasılıkları göz önünde bulundurarak reddettim. Alternatiflerden biri, şu anda yaygın olarak kullanılan “kuantum avantajı” dır. Fakat bana göre, “avantaj”, “üstünlüğün” yumruklarından yoksundur. Bir yarışta, bir burnun kazanması durumunda bir atın bir avantajı vardır. Buna karşılık, kuantum bilgisayarının hızı, belirli görevler için klasik bilgisayarların hızını büyük ölçüde aşıyor. En azından, bu prensip olarak doğru.

En son Google makalesi bu noktayı göstermektedir. 53 litrelik bir cihaz kullandılar (klasik bir bilgisayarın bitlerinin kuantum analogları) ve bugünün en güçlü süper bilgisayarlarını binlerce yıl alabilecek kuantum hesaplamaları yapmanın sadece birkaç dakika sürdüğünü bildirdiler. Bunun doğru olduğunu farz edersek, bu deneysel fiziğin kayda değer bir başarısı ve kuantum hesaplama donanımındaki ilerleme hızının bir kanıtıdır; İçten tebriklerimi katılan herkese sunarım.

DAHA FAZLA BİLGİ EDİN

Kuantum Hesaplama için KABLOLU REHBER

Google ekibinin de belirttiği gibi yakalamak, makinelerin şaşırtıcı bir hızla çözdüğü problemin, sadece kuantum bilgisayarının üstünlüğünü göstermek amacıyla dikkatlice seçilmesiydi. Aksi halde, çok pratik bir ilgi konusu değildir. Kısaca, kuantum bilgisayarı rastgele seçilen bir talimatlar dizisi uyguladı ve daha sonra bir çıktı biti dizisi üretmek için tüm boşluklar ölçüldü. Bu kuantum hesaplama, klasik bilgisayarın yetişmesini zorlaştıran çok küçük bir yapıya sahiptir, fakat aynı zamanda cevabın çok bilgilendirici olmadığı anlamına gelir.

Ancak, gösteri hala önemlidir. Kuantum bilgisayarlarının çıktısının klasik bir süper bilgisayarın çıktısıyla (binlerce yıl sürmediği durumlarda) uyuşup uyuşmadığını kontrol ederek, ekip cihazlarını anladığını ve olması gerektiği gibi çalıştığını doğruladı. Artık donanımın çalıştığını bildiğimize göre, daha kullanışlı uygulamalar aramaya başlayabiliriz.

Donanımın performansını doğrulamak neden bu kadar önemlidir? Çünkü, kuantum bir bilgisayarı tam olarak kontrol etmek, ün olarak çok zor. Bir anlamda, sadece kuantum bir sisteme bakmak, kaçınılmaz bir şekilde rahatsız ediyor, Heisenberg’in ünlü belirsizlik ilkesinin bir tezahürü. Dolayısıyla, bilgiyi saklamak ve güvenilir bir şekilde işlemek için böyle bir sistemi kullanmak istiyorsak, bu sistemi dış dünyadan neredeyse tamamen izole tutmamız gerekir. Bununla birlikte, aynı zamanda, bilginin işlenebilmesi için qubitlerin birbirleriyle etkileşime girmelerini istiyoruz; ayrıca sistemi dışardan kontrol etmemiz ve sonuç olarak hesaplamalarımızın sonuçlarını öğrenmek için kantitatları ölçmemiz gerekir. Tüm bu yandaşları karşılayan bir kuantum sistemi inşa etmek oldukça zordur ve şu anda bulunduğumuz yere ulaşmak için malzemeler, üretim, tasarım ve kontrol konusunda uzun yıllar boyunca ilerleme kaydetmiştir.

Google tarafından iddia edilen kuantum üstünlüğünün dönüm noktası, pratik kuantum bilgisayarları arayışında önemli bir adımdır. Şimşekli olan çağ için bir söz almanın faydalı olacağını düşündüm, bu yüzden yakın zamanda bir tane yaptım: NISQ. (Risk ile kafiyelidir.) Bu “gürültülü orta ölçekli kuantum” anlamına gelir. Burada “orta ölçekli” şu anda mevcut olan kuantum bilgisayarların büyüklüğünü ifade eder: ulaşılabilecek ötesinde bazı çok özel görevleri yerine getirebilecek kadar büyüktür. bugünün süper bilgisayarları. “Gürültülü”, zaman içinde biriken küçük hatalarla sonuçlanan, ocaklar üzerinde kusurlu kontrolümüz olduğunu vurgulamaktadır; Çok uzun bir hesaplamaya çalışırsak, doğru cevabı alma ihtimalimiz yoktur.