Содержание

• Для чего нужны квантовые компьютеры
• Что означает квантовое превосходство для безопасности?
• Вопросы по поводу претензий Google на квантовое превосходство

На прошлой неделе исследователи Google утверждали, что достигли «квантового превосходства», согласно статье в Financial Times, Документ Google был кратко размещен на веб-сайте НАСА, а затем был удален. В ней исследователи утверждают, что превзошли самый мощный на сегодняшний день классический суперкомпьютер - Summit - с их собственным квантовым компьютером.

Это то, что известно как квантовое превосходство - иными словами, когда квантовый компьютер оказывается быстрее в выполнении определенной задачи, чем классический компьютер. Согласно документу, 53-кубитовая система Google Sycamore способна выполнить этот конкретный расчет за три минуты и 20 секунд. Суперкомпьютеру Саммита потребовалось бы около 10000 лет для выполнения той же функции.

Достижение квантового превосходства первоначально было предсказано на конец 2017 года. Однако 72-битный компьютер Bristlecone от Google (на фото выше) оказался слишком сложным для управления с достаточной точностью. Вместо этого, прорыв происходит от меньшей 53-кубитной системы Sycamore.

Для чего нужны квантовые компьютеры

В отличие от традиционных компьютеров, которые работают с битами 1 или 0, квантовые компьютеры используют «кубиты» для хранения значений. Кубит, или квантовый бит, представляет собой квантово-механическую систему с двумя состояниями. Он обладает таинственным свойством удерживать суперпозицию как 1, так и 0 состояний одновременно. Однако это состояние разрушается при измерении.

Квантовые компьютеры построены с аппаратными элементами, подобными классическим компьютерам, с эквивалентами вентилей NOT и AND, встроенными в математические функции. Однако квантовые выходы по своей природе вероятностные, то есть они должны быть проверены на точность и исправлены ошибки. Вы также не можете смотреть на квантовые вычисления на полпути, не портя вывод из-за наложения.

Суперпозиция и вероятность являются ключами, которые делают квантовые компьютеры полезными для определенных математических задач. Увеличение количества кубитов позволяет вычислять миллионы возможностей практически мгновенно. Использование включает в себя факторизацию огромных чисел, вычисление преобразований Фурье и решение линейных уравнений. Квантовые компьютеры по своей природе очень специализированы. Они на самом деле не годятся для многих базовых вычислений, которые наши карманные компьютеры выполняют каждый день.

Что означает квантовое превосходство для безопасности?

Как бы странно ни звучали квантовые компьютеры, у них есть некоторые очень интересные приложения в определенных областях вычислительной техники - особенно те, которые включают повторяющиеся, сложные математические операции, такие как метеорология, химическая и физическая модель и криптография.

Это последнее часто пугает людей. Квантовые компьютеры могут одновременно проходить через множество математических перестановок и, теоретически, на долю современных компьютеров требуется меньше времени, чтобы нарушить общие стандарты шифрования. Всего несколько дней или часов, а не несколько жизней. Новые криптографические протоколы могут однажды понадобиться для очень чувствительной информации, чтобы предотвратить взлом квантовыми компьютерами.

Стандарты шифрования должны будут улучшаться вслед за коммерческими квантовыми компьютерами.

Аналогично, аналогичные алгоритмы используются на текущем рынке криптовалют для защиты кошельков и проверки законности транзакций. Нет никаких признаков того, что даже компьютер Google способен взломать эти типы шифрования. Однако угроза экспоненциального роста мощности квантовых компьютеров делает эту возможность очевидной в ближайшие несколько лет.

К счастью, квантовые компьютеры еще далеки от того, чтобы быть коммерчески жизнеспособными. Они все еще находятся в стадии разработки и гораздо чаще используются для исследований, чем для взлома открытых паролей. В любом случае, стандарты шифрования должны быть улучшены, чтобы сдерживать и предотвращать взломы в ближайшем будущем.

Вопросы по поводу претензий Google на квантовое превосходство

Хотя Google считает квантовое превосходство крупным прорывом, некоторые из его конкурентов менее убеждены в достоинствах достижения. Термин «квантовая Превосходство» предлагает квантовые компьютеры стали более мощными и полезными, чем классические компьютеры, но это, конечно, спорное утверждение.

Дарио Джил, руководитель отдела исследований в IBM (главный конкурент в области квантовых вычислений), назвал заявления Google «просто ошибочными». Гил отмечает, что исследование - это просто «лабораторный эксперимент, предназначенный для практически - и почти наверняка исключительно - его реализации». очень специфическая процедура квантовой выборки без практических приложений ». Другими словами, исследования Google сосредоточены на очень узком типе вычислений, который мало раскрывает более широкие возможности компьютера.

Квантовое превосходство - когда квантовый компьютер превосходит классический компьютер по заданной задаче.

Тем не менее, Чад Ригетти, бывший руководитель IBM, назвал объявление «важным моментом для людей и для науки». Дэниел Лидар, профессор инженерного дела в Университете Южной Калифорнии, отметил масштаб прорыва Google. Компания сократила помехи в кубитах, известные как «перекрестные помехи», что значительно снизило уровень ошибок компьютера по сравнению с конкурентом.

Подразумевается, что Google теперь сможет увеличить размер своих квантовых компьютеров благодаря более низким ошибкам. Больше кубитов с низкой ошибкой экспоненциально увеличит вычислительную мощность квантовых компьютеров, сделав их гораздо более жизнеспособными для решения сложных задач. Тем не менее, еще предстоит проделать еще большую работу по программируемости.

В конечном счете, квантовые компьютеры полезны только для ограниченного набора задач. Их дорого строить, запускать и программировать. Эта сложность означает, что они только когда-либо будут использоваться экономно для очень специфических задач. Хотя это не уменьшает веху квантового превосходства Google и того факта, что квантовые вычисления с каждым годом выглядят все более и более жизнеспособными.