Google Đạt được uy quyền lượng tử

Các nhà nghiên cứu trong nhóm UC Martin Barbara / nhà khoa học của Google John Martinis đã thực hiện tốt yêu cầu của họ đối với uy quyền lượng tử. Sử dụng 53 bit lượng tử vướng víu (“qubit”), máy tính Sycamore của họ đã xử lý – và giải quyết – một vấn đề được coi là khó hiểu đối với máy tính cổ điển.

linh kien laptop gia re

Brooks Foxen, một nhà nghiên cứu sau đại học của Tập đoàn Martinis cho biết: “Một tính toán sẽ mất 10.000 năm cho một siêu máy tính cổ điển mất 200 giây trên máy tính lượng tử của chúng tôi”. “Có khả năng thời gian mô phỏng cổ điển, hiện được ước tính là 10.000 năm, sẽ giảm nhờ các thuật toán và phần cứng cổ điển được cải thiện, nhưng, vì chúng tôi hiện nhanh hơn 1,5 nghìn tỷ lần, chúng tôi cảm thấy thoải mái khi đặt ra thành tựu này.”

Chiến công được phác thảo trong một bài báo trên tạp chí Nature .

Cột mốc này xuất hiện sau khoảng hai thập kỷ nghiên cứu điện toán lượng tử do Martinis và nhóm của ông thực hiện, từ việc phát triển một qubit siêu dẫn duy nhất đến các hệ thống bao gồm kiến ​​trúc 72 và, với Sycamore, 54 qubit (một trong số đó không thực hiện) tận dụng lợi thế của cả hai tính chất đáng kinh ngạc và kỳ quái của cơ học lượng tử.

“Thuật toán được chọn để nhấn mạnh những điểm mạnh của dịch vụ sửa máy tính hcm lượng tử bằng cách tận dụng động lực tự nhiên của thiết bị”, Ben Chiaro, một nhà nghiên cứu sinh tốt nghiệp khác trong Tập đoàn Martinis cho biết. Đó là, các nhà nghiên cứu muốn kiểm tra khả năng giữ và xử lý nhanh chóng của máy tính một lượng lớn dữ liệu phức tạp, không có cấu trúc.

“Về cơ bản, chúng tôi muốn tạo ra một trạng thái vướng víu liên quan đến tất cả các qubit của chúng tôi nhanh nhất có thể”, Foxen nói, “và vì vậy chúng tôi đã giải quyết một chuỗi các hoạt động tạo ra trạng thái chồng chất phức tạp, khi được đo, trả về một chuỗi có xác suất được xác định bởi chuỗi hoạt động cụ thể được sử dụng để chuẩn bị sự chồng chất cụ thể đó. Bài tập nhằm xác minh rằng đầu ra của mạch tương ứng với phương trình được sử dụng để chuẩn bị trạng thái, lấy mẫu mạch lượng tử một triệu lần chỉ trong vài phút, khám phá tất cả khả năng – trước khi hệ thống có thể mất đi sự kết hợp lượng tử.

‘Một trạng thái chồng chất phức tạp’

“Chúng tôi đã thực hiện một tập hợp các thao tác cố định làm vướng víu 53 qubit vào trạng thái chồng chất phức tạp”, Chiaro giải thích. “Trạng thái chồng chất này mã hóa phân phối xác suất. Đối với máy tính lượng tử, việc chuẩn bị trạng thái chồng chất này được thực hiện bằng cách áp dụng một chuỗi hàng chục xung điều khiển cho mỗi qubit trong một phần triệu giây. Chúng ta có thể chuẩn bị và sau đó lấy mẫu từ phân phối này bằng cách đo qubit một triệu lần trong 200 giây. “

“Đối với máy tính cổ điển, việc tính toán kết quả của các hoạt động này khó khăn hơn nhiều vì nó đòi hỏi phải tính toán xác suất ở bất kỳ một trong 2 ^ 53 trạng thái có thể, trong đó 53 xuất phát từ số lượng qubit – tỷ lệ theo cấp số nhân là lý do tại sao mọi người quan tâm đến điện toán lượng tử để bắt đầu, “Foxen nói. “Điều này được thực hiện bằng cách nhân ma trận, rất tốn kém cho các máy tính cổ điển khi ma trận trở nên lớn.”

Theo bài báo mới, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một phương pháp gọi là đo điểm chuẩn entropy chéo để so sánh đầu ra của mạch lượng tử (“chuỗi bit”) với “xác suất lý tưởng tương ứng được tính toán thông qua mô phỏng trên máy tính cổ điển” để xác định rằng máy tính lượng tử đang hoạt động chính xác

“Chúng tôi đã thực hiện rất nhiều lựa chọn thiết kế trong việc phát triển bộ xử lý thực sự có lợi thế”, Chiaro nói. Trong số những lợi thế này, ông nói, là khả năng điều chỉnh bằng thực nghiệm các tham số của các qubit riêng lẻ cũng như các tương tác của chúng.

Trong khi thử nghiệm được chọn làm bằng chứng về khái niệm cho máy tính, nghiên cứu đã cho ra một công cụ rất thực và có giá trị: một trình tạo số ngẫu nhiên được chứng nhận. Hữu ích trong nhiều lĩnh vực, số ngẫu nhiên có thể đảm bảo rằng các khóa được mã hóa không thể đoán được hoặc một mẫu từ dân số lớn hơn thực sự là đại diện, dẫn đến các giải pháp tối ưu cho các vấn đề phức tạp và các ứng dụng học máy mạnh mẽ hơn. Tốc độ mà mạch lượng tử có thể tạo ra chuỗi bit ngẫu nhiên của nó lớn đến mức không có thời gian để phân tích và “gian lận” hệ thống.

“Các trạng thái cơ học lượng tử làm những việc vượt ra ngoài kinh nghiệm hàng ngày của chúng tôi và do đó có tiềm năng cung cấp các khả năng và ứng dụng mà không thể đạt được”, Joe Incandela, phó hiệu trưởng nghiên cứu của UC Santa Barbara nhận xét. “Nhóm nghiên cứu đã chứng minh khả năng tạo ra và lặp đi lặp lại một cách đáng tin cậy các trạng thái lượng tử phức tạp liên quan đến 53 yếu tố vướng víu để thực hiện một bài tập phải mất hàng thiên niên kỷ để thực hiện với siêu máy tính cổ điển. Đây là một thành tựu lớn. kỷ nguyên thu nhận kiến ​​thức. “

Nhìn về phía trước

Với một thành tựu như “uy quyền lượng tử”, thật hấp dẫn khi nghĩ rằng các nhà nghiên cứu của UC Santa Barbara / Google sẽ cắm cờ và nghỉ ngơi dễ dàng. Nhưng đối với Foxen, Chiaro, Martinis và phần còn lại của nhóm Lượng tử UCSB / Google AI, đây mới chỉ là khởi đầu.

“Đó là một kiểu tư duy cải tiến liên tục,” Foxen nói. “Luôn có các dự án trong các công trình.” Trong tương lai gần, những cải tiến hơn nữa đối với các qubit “ồn ào” này có thể cho phép mô phỏng các hiện tượng thú vị trong cơ học lượng tử, như nhiệt hóa, hoặc khả năng lớn trong các lĩnh vực vật liệu và hóa học.

Tuy nhiên, về lâu dài, các nhà khoa học luôn tìm cách cải thiện thời gian kết hợp, hoặc, ở đầu bên kia, để phát hiện và sửa lỗi, sẽ mất nhiều qubit cho mỗi qubit được kiểm tra. Những nỗ lực này đã được vận hành song song với việc thiết kế và xây dựng máy tính lượng tử, và đảm bảo các nhà nghiên cứu có rất nhiều công việc trước khi đạt được cột mốc tiếp theo của họ.

“Đó là một vinh dự và vinh dự được liên kết với đội bóng này”, Chiaro nói. “Đó là một bộ sưu tập lớn những người đóng góp kỹ thuật mạnh mẽ với khả năng lãnh đạo tuyệt vời và toàn đội thực sự hợp lực tốt.”

Liên Hệ Ngay...