H Kβαντική Yπεροχή της Google. Google Claims a Quantum Breakthrough That Could Change Computing

Ερευνητές της Google ανακοίνωσαν επίσημα ότι πέτυχαν το ιστορικό ορόσημο της «κβαντικής υπεροχής» στους υπολογιστές. Google’s quantum computer. The company said in a paper published on Wednesday that the machine needed only a few minutes to perform a task that would take a supercomputer at least 10,000 years. Credit: Google

Είναι πλέον επίσημο ότι η Google πέτυχε τη λεγόμενη «κβαντική υπεροχή», δηλαδή να δημιουργήσει ένα κβαντικό υπολογιστή που έλυσε ένα συγκεκριμένο πρόβλημα, για το οποίο ακόμη και ο πιο ισχυρός συμβατικός υπερυπολογιστής θα χρειαζόταν χιλιάδες χρόνια.

The quantum machine operates in a completely different manner from regular computers. Credit: Google

Η σχετική επιστημονική δημοσίευση-ορόσημο [Quantum supremacy using a programmable superconducting processor] από την ερευνητική κβαντική ομάδα της Google στο περιοδικό «Nature», με επικεφαλής τον Τζον Μαρτίνις, ερευνητή της θυγατρικής Google AI Quantum και καθηγητή Φυσικής του πανεπιστημίου της Καλιφόρνια-Σάντα Μπάρμπαρα, έρχεται να δώσει τέλος σε ένα «σίριαλ» που είχε ξεκινήσει πριν πέντε εβδομάδες, όταν είχε ανεπίσημα διαρρεύσει η σχετική πληροφορία σε υπολογιστή της NASA, αλλά στη συνέχεια η ΙΒΜ -που ανταγωνίζεται τη Google στους κβαντικούς υπολογιστές- είχε διαψεύσει ότι η Google πράγματι πέτυχε κάτι τέτοιο.

Figure 1 | Three types of quantum circuit. Arute et al.² demonstrate that a quantum processor containing 53 quantum bits (qubits) and 86 couplers (links between qubits) can complete a specific task much faster than an ordinary computer can simulate the same task. Their demonstration is based on three quantum circuits: the full circuit, the patch circuit and the elided circuit. The full circuit comprises all 53 qubits and is the hardest to simulate on an ordinary computer. The patch circuit cuts the full circuit into two patches that are each relatively easy to simulate. Finally, the elided circuit links these two patches using a reduced number of two-qubit operations along reintroduced two-qubit connections and is intermediate between the full and patch circuits, in terms of its ease of simulation.

Τώρα όμως έρχεται η επίσημη δημοσίευση, η οποία επιβεβαιώνει ότι ο κβαντικός επεξεργαστής Sycamore της Google, που διαθέτει 54 υπεραγώγιμα κβαντικά δυφία ή qubits (το ένα τελικά δεν λειτούργησε κανονικά, οπότε απέμειναν 53), εκτέλεσε μέσα σε μόλις τρία λεπτά και 20 δευτερόλεπτα ένα υπολογισμό που ο κορυφαίος παγκοσμίως αμερικανικός υπερυπολογιστής Summit (δημιούργημα της ΙΒΜ) θα χρειαζόταν περίπου 10.000 χρόνια για να λύσει. Ο επεξεργαστής αξιοποιεί τα κβαντικά φαινόμενα της υπέρθεσης και της διεμπλοκής για να πετύχει ταχύτητες επεξεργασίας ασύλληπτες για ένα κλασσικό ηλεκτρονικό υπολογιστή.

The IBM-built Summit supercomputer is the world's smartest and most powerful AI machine. Its racks are connected by over 185 miles of fiber-optic cables. GENEVIEVE MARTIN/OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY

Η ΙΒΜ, που έχει αναπτύξει ένα δικό της κβαντικό επεξεργαστή 53 qubits, αφενός αντιτείνει ότι ο πανίσχυρος αλλά συμβατικός Summit θα έλυνε το πρόβλημα σε δυόμισι μέρες (και όχι σε 10.000 χρόνια), αφετέρου έχει βάλει πιο ψηλά τον πήχη για το τι συνιστά «κβαντική υπεροχή», πράγμα που εξηγεί γιατί δεν θεωρεί ότι η Google πέτυχε πράγματι το ορόσημο αυτό. Σε κάθε περίπτωση πάντως, μετά και τη δημοσίευση, είναι φανερό ότι η Google προηγείται της ΙΒΜ στο πεδίο της κβαντικής υπολογιστικής.

Google says they have reached 'quantum supremacy' with their quantum computer 'Sycamore'. Nature reporter Elizabeth Gibney explains what this means, why IBM disagree, and the significance for quantum computing.

Όμως θα χρειαστούν ακόμη αρκετά χρόνια ή μάλλον δεκαετίες, έως ότου δημιουργηθούν κβαντικοί υπολογιστές που θα χρησιμοποιούνται καθημερινά για την εκτέλεση πολλών διαφορετικών εργασιών. Ένα βασικό πρόβλημα που πρέπει να λυθεί, είναι να διασφαλιστεί ότι υπάρχει πλήρης έλεγχος πάνω στα qubits, ώστε να μη κάνουν λάθη. Η ομάδα της Google ανακοίνωσε ότι πέτυχε σημαντικό ποσοστό αξιοπιστίας 99,99% στους υπολογισμούς του κβαντικού επεξεργαστή της, αλλά οπωσδήποτε αυτό δεν είναι 100%, όπως απαιτείται για απόλυτη αξιοπιστία στους υπολογισμούς.

John Preskill

Μια παγκόσμια κούρσα ανταγωνισμού βρίσκεται ήδη σε εξέλιξη διεθνώς, καθώς ΗΠΑ, Ευρώπη, Κίνα και άλλες χώρες προσπαθούν να προηγηθούν στο πεδίο των κβαντικών υπολογιστών και να δρέψουν τα οφέλη σε επίπεδο τεχνολογίας, οικονομίας, επιστήμης και εθνικής ασφάλειας. Ο όρος «κβαντική υπεροχή» είχε επινοηθεί το 2012 από τον καθηγητή φυσικής Τζον Πρέσκιλ του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας (Caltech).

Πηγές: https://www.nature.com/articles/s41586-019-1666-5 - https://www.nature.com/articles/d41586-019-03173-4 - https://www.nytimes.com/2019/10/23/technology/quantum-computing-google.html?action=click&module=Top%20Stories&pgtype=Homepage - https://www.washingtonpost.com/science/2019/10/23/google-scientists-say-theyve-achieved-quantum-supremacy/ - https://www.skai.gr/news/technology/i-google-kataskeyase-kvantiko-ypologisti - https://www.scottaaronson.com/blog/?p=4372