Type om te zoeken

GEZONDHEID / SCI / TECH

Het is slechts een kwestie van tijd voordat Quantum Computers echte problemen beginnen op te lossen

Op deze foto neemt IBM-wetenschapper Stefan Filipp de cryogene koelkast onder de loep, die ervoor zorgt dat de temperaturen lager zijn dan de diepste delen van de ruimte.
Samen met collega's van IBM's TJ Watson Lab in New York, bouwen IBM-wetenschappers in Zürich, Zwitserland, hun eigen kwantumonderzoekslaboratorium. Op deze foto neemt IBM-wetenschapper Stefan Filipp de cryogene koelkast onder de loep, die ervoor zorgt dat de temperaturen lager zijn dan de diepste delen van de ruimte. (Foto: IBM Research)

Google's Sycamore 53-qubit kwantummachine heeft de deuren geopend naar een nieuw tijdperk van computing.

Nee, quantum computing is niet volwassen geworden Google's Sycamore, een 53-qubit computer die in 200 seconden een probleem oplost dat zelfs een supercomputer 10,000 jaar zou kosten. In plaats daarvan is het de eerste stap, die laat zien dat een functionele berekening kan worden gedaan met een kwantumcomputer, en het lost inderdaad een speciale klasse problemen veel sneller op dan conventionele computers. Dit is niet zo dat kwantumcomputers nu klassieke computers hebben vervangen. De hype van kwantumsuprematie is misleidend omdat deze is gebaseerd op een zeer beperkte definitie van kwantumsuprematie; quantumsuprematie is één kwantumcomputer die alle klassieke computers verslaat voor één speciaal geconstrueerde taak.

Het slechte nieuws - voor liefhebbers van sciencefiction - is dat het onze huidige computers niet zal vervangen, maar alleen nuttig zal zijn voor een speciale klasse problemen. De constructie vereist omstandigheden zoals super lage temperaturen die alleen in een speciale omgeving kunnen worden gecreëerd. We gaan het niet op onze mouwen dragen of gebruiken op onze mobiele telefoons. Tenminste nog niet, en niet met de fysica van vandaag! En onze coderingsalgoritmen waarop al onze internetprotocollen en financiële transacties ter wereld zijn gebaseerd, zijn veilig, althans voorlopig.

Desalniettemin is dit een enorme stap voorwaarts, waarbij miljarden worden uitgegeven door landen en bedrijven in de overtuiging dat dit gebieden van berekeningen opent die voor nu zijn afgesloten. Dit is het eerste voorbeeld van waar een specifiek probleem is opgelost, zelfs als het een heel specifiek probleem is dat speciaal is gemaakt voor quantum computing. Dergelijke problemen kunnen worden uitgebreid tot de echte wereld: ze kunnen gaan over het maken van nieuwe materialen, nieuwe medicijnen om auto-immuunziekten aan te vallen en verschillende soorten kanker. Deze bevindingen kunnen het begrip van de mensheid van de beste bouwmaterialen voor de ruimte slingeren, of inzicht geven in behandelingen voor een reeks ziekten of ziekten die we nog niet kunnen behandelen.

Quantum suprematie is bekeken door cryptografen met angst. Over de hele wereld werken alle internetprotocollen, financiële transacties en blockchain-gebaseerde systemen (bijv. Bitcoin) via cryptografie. Met kwantumcomputers, alle huidige cryptografie inclusief de populaire RSA private-publieke sleutelsystemen zouden gemakkelijk worden gebroken, een echte nachtmerrie voor nationale staten en financiële spelers die op dergelijke coderingssystemen vertrouwen. Natuurlijk kunnen nieuwe systemen worden gemaakt die dergelijke kwantumtools zouden kunnen weerstaan, maar tegen hoge kosten.

Het lijkt erop dat een onderzoeker bij NASA per ongeluk een conceptversie van een onderzoek heeft geladen papier van het team van Google naar de server van NASA voor technische documenten. Aangezien het zo gebeurde, doorzoekt Google Scholar routinematig dergelijke servers en informeert het bestaan ​​van dit artikel aan kwantumonderzoekers wereldwijd. Het was Google dat het niet-gepubliceerde papier van Google overtrof!

Het papier - "Quantum Supremacy Using a Programmable Superconducting Processor" door Google AI Quantum en medewerkers als auteurs - is nu verwijderd van de NASA-server, maar de kat is uit de zak.

Waarin verschilt een kwantumcomputer van een traditionele?

Al onze computers voor dagelijks gebruik - "klassieke computers" - slaan informatie op in bits die bestaan ​​als een 0 of een 1 (False = 0, True = 1). De kwantumcomputer heeft kwantumbits - qubits - die tegelijkertijd in twee verschillende toestanden bestaan, met behulp van het kwantumfenomeen van superpositie. Hierdoor kan een kwantumcomputer veel meer toestanden hebben en dus veel meer informatie dan wat een klassieke computer doet.

Het tweede verschil tussen de klassieke computerbits en de qubits is dat kwantumfenomenen een andere eigenschap hebben, namelijk verstrengeling. Elk van de qubits is verward met andere qubits, waardoor er veel meer mogelijke toestanden ontstaan ​​waarin ze samen kunnen zijn, dan elk van hen afzonderlijk zou kunnen zijn. Met andere woorden, hetzelfde aantal qubits kan een veel groter aantal mogelijkheden aan dan klassieke bits, en berekent daarom een ​​bepaalde klasse problemen veel sneller. En het mooie van dergelijke berekeningen is dat de omvang van het probleem er niet echt toe doet: de qubits die samenwerken, maken de grotere problemen bijna net zo snel als kleinere problemen.

De natuurwetten in de subatomaire wereld - kwantumfysica - verschillen van de alledaagse fysica waarmee we vertrouwd zijn. De mogelijkheid van een kwantumcomputer, voor het eerst voorgesteld door professor Richard Feynman, was dat een computer die op kwantumprincipes draait, kwantumwereldproblemen in de fysica en chemie zou oplossen. Dat betekent dat als we proberen kwantumfenomenen op computermachines te simuleren, de enige manier om de kwantumwereld binnen een redelijke tijd te berekenen, is om de machines zelf te bouwen op kwantumfenomenen, dat wil zeggen kwantumcomputers. Het was in wezen een gedachte-experiment van Feynman om aan te tonen waarom kwantumsimulaties op computers die gebaseerd zijn op klassieke fysica niet zouden werken in de kwantumfysica.

Dus waarom werken de op klassieke fysica gebaseerde machines niet op kwantumfenomenen? Simpel gezegd, de berekeningen van dergelijke systemen zouden exponentieel groeien met de grootte van het systeem - of hoe ver in de toekomst de status van het systeem dat wordt berekend is. Elke poging om de toekomstige toestanden in de kwantumwereld te begrijpen, heeft geen definitieve antwoorden, maar veeleer verdelingen van waarschijnlijkheid, en dat is precies hoe een kwantumcomputer zijn resultaten levert.

Hoewel de kwantumcomputers een voordeel hebben bij het omgaan met een grote klasse problemen, vanwege de aard van de kwantumverschijnselen en de extreme omgeving - bijna nul - waarin de qubits bestaan, produceert elke kleine verandering of verstoring in de omgeving ruis, wat betekent dat introduceert fouten in de berekeningen. Een kwantumcomputer heeft daarom een ​​foutcorrectiemechanisme nodig, in feite extra qubits voor deze taak. Aangezien de qubit-omgeving erg moeilijk is, kan dit een vrij groot aantal qubits vereisen voor foutcorrectie. Trouwens, alle digitale communicatie, ook binnen klassieke computers, heeft ook foutcorrectie nodig. De vraag hier is het aantal qubits dat we moeten reserveren voor foutcorrectie.

Klassieke computers worden niet vervangen door kwantumcomputers; ze zijn een complementaire technologie. Ze pakken een andere klasse problemen aan dan klassieke computers, met name die welke te maken hebben met waarschijnlijkheden in plaats van definitieve oplossingen. Dit zijn ook de problemen die niet kunnen worden opgelost door klassieke computers, althans niet binnen een redelijk tijdsbestek.

Dus wat is het nut van zo'n machine? Laten we naar de keerzijde kijken. Charles Babbage, de 'vader van computers', had machines gebruikt met mechanische apparaten die konden worden geprogrammeerd voor het oplossen van wiskundige problemen. De technologie, verschillende mechanische apparaten, konden individuele rekenkundige bewerkingen uitvoeren volgens een "programma" en problemen oplossen die moeilijk met de hand op te lossen waren. Maar ze waren te duur om te maken en omslachtig om te rennen. Het zijn de Babbage-machines die nu zijn veranderd in echte computers nadat we de technologie van vacuümbuizen en later elektronische schakelingen onder de knie hadden. Het duurde ongeveer honderd jaar. De huidige qubit-technologieën zijn analoog aan Babbage-machines. Dus de toekomst zal beide combineren: een combinatie van klassieke en kwantumprocessors zodat een probleem kan worden verdeeld in de klassieke en kwantumdelen.

Momenteel hebben alle overheden een enorm belang bij het hacken van hun digitale infrastructuur en het gebruik ervan kwantumcommunicatie Voor dit doeleinde. Geen enkel land kan achterblijven, althans als het geopolitieke ambities heeft, maar alleen de VS en China zijn momenteel serieuze spelers in het veld.

De VS loopt momenteel voorop met Google, IBM bouwt 50-qubit architectuur, en anderen sluiten erachter. D-Wave Systems, een Canadees bedrijf, heeft een functionerend 2,048-qubit-systeem en bouwt veel grotere 5,000-qubit machine. Maar deze kunnen alleen een speciale klasse problemen oplossen, en het zijn geen programmeerbare algemene kwantumcomputers die anderen bouwen. De Chinezen staan ​​achter de VS en hun bedrijven in de kwantumcomputerrace, maar hebben bereikt een functionele 18-qubit verstrengeling, een andere benadering van quantum computing en een 24-qubit machine. China lijkt op dit gebied nog veel meer onderzoekers te hebben, en ook een groter aantal patenten en onderzoeksdocumenten. Alle andere landen die kwantumcomputers verkennen, inclusief de Europese Unie en India, geven slechts een fractie uit van wat de VS en China uitgeven.

Google's nieuwste oefening heeft kwantumcomputing - of een technologie die onzekerheid inbedden - aan onze deur kloppen. Wanneer en hoe het zal binnenkomen is nog te bezien. Maar het is niet langer een kwestie van of, maar wanneer.


Dit artikel is geproduceerd in samenwerking met Newsclick en Globetrotter, een project van het Independent Media Institute.

Als je dit artikel leuk vond, overweeg dan om onafhankelijk nieuws te steunen en onze nieuwsbrief drie keer per week te ontvangen.

Tags:
Prabir Purkayastha

Prabir Purkayastha is de oprichter en hoofdredacteur van Newsclick. Hij is de president van de Free Software Movement van India en is een ingenieur en een wetenschapsactivist.

    1

hoe 1

  1. Larry N Stout Oktober 10, 2019

    Helaas wordt een lange termijn toekomst voor Homo sapiens niet berekend.

    Antwoorden

Laat een bericht achter

Uw e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Verplichte velden zijn gemarkeerd *

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Ontdek hoe uw reactiegegevens worden verwerkt.