Máy lạnh siêu âm lượng tử Google Google, với máy tính lượng tử Sycamore bên trong.
(Ảnh: © Erik Lucero / Google)
Chúng ta vừa bước vào tuổi tối cao lượng tử, một nghiên cứu mới cho thấy.
Lần đầu tiên, một máy tính lượng tử đã giải quyết một vấn đề mà một máy tính truyền thống, cho tất cả các mục đích thực tế, không thể, các nhà nghiên cứu đã báo cáo hôm nay (23/10) tạp chí tự nhiên.
Brooks Foxen, một nhà nghiên cứu sinh vật lý tại Google AI Quantum ở Mountain View và Đại học California, Santa Barbara, 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". nói trong một tuyên bố.
Foxen cho biết: "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".
Máy tính lượng tử lưu trữ thông tin bằng cách sử dụng các hạt hạ nguyên tử, hoạt động theo các quy tắc rất khác so với các quy tắc chi phối thế giới vĩ mô của chúng ta. Ví dụ, các hạt lượng tử có thể tồn tại trong một "sự chồng chất" của hai trạng thái khác nhau cùng một lúc và các hạt có thể được phân tách bằng năm ánh sáng vẫn còn "vướng mắc, "Ảnh hưởng đến tài sản của nhau.
Sự kỳ lạ này là chìa khóa cho sức mạnh tiềm tàng đáng kinh ngạc của Tính toán lượng tử. Do hiện tượng chồng chất, máy tính lượng tử có thể lưu trữ và thao tác nhiều thông tin hơn trên mỗi đơn vị khối lượng so với máy tính truyền thống, mã hóa thông tin theo cách nhị phân sử dụng 0 và 1. (Nhân tiện, đơn vị thông tin cơ bản trong một hệ thống điện toán lượng tử, được biết đến như một qubit, viết tắt của "bit lượng tử.")
Nghiên cứu mới cho chúng ta nếm trải sức mạnh đó. Nhóm nghiên cứu, dẫn đầu bởi Frank Arute của Google AI Quantum, đã sử dụng một máy tính lượng tử có tên Sycamore, bao gồm 53 qubit chức năng (cộng với một qubit không hoạt động đúng).
Các nhà khoa học đã vướng vào 53 qubit đó vào trạng thái chồng chất phức tạp, sau đó Sycamore thực hiện một nhiệm vụ gần giống với việc tạo số ngẫu nhiên. Kết quả sau đó được so sánh với các mô phỏng chạy trên siêu máy tính của Hội nghị thượng đỉnh tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge ở Tennessee.
"Hội nghị thượng đỉnh hiện là siêu máy tính hàng đầu thế giới, có khả năng thực hiện khoảng 200 triệu tỷ hoạt động mỗi giây", William Oliver, nhà vật lý tại Viện Công nghệ Massachusetts, viết trong một kèm theo "Tin tức và quan điểm" trong cùng một vấn đề của Tự nhiên.
"Nó bao gồm khoảng 40.000 đơn vị bộ xử lý, mỗi đơn vị chứa hàng tỷ bóng bán dẫn (công tắc điện tử) và có 250 triệu gigabyte lưu trữ. Khoảng 99% tài nguyên của Hội nghị đã được sử dụng để thực hiện lấy mẫu cổ điển", Oliver, người không tham gia trong nghiên cứu mới.
Như Foxen đã lưu ý, Sycamore đã hoàn thành trong khoảng 3,5 phút và công việc của Hội nghị thượng đỉnh cho rằng ngay cả siêu máy tính truyền thống mạnh nhất cũng sẽ phải nhai lại vấn đề trong khoảng 10.000 năm.
"Sự thể hiện quyền lực lượng tử này đối với các thuật toán cổ điển hàng đầu hiện nay trên các siêu máy tính nhanh nhất thế giới thực sự là một thành tựu đáng chú ý và là một cột mốc quan trọng cho điện toán lượng tử", Oliver nói thêm. "Thực tế cho thấy rằng máy tính lượng tử đại diện cho một mô hình điện toán khác về cơ bản so với máy tính cổ điển. Nó cũng chống lại những lời chỉ trích về khả năng kiểm soát và khả năng tính toán lượng tử trong một không gian tính toán cực lớn (chứa ít nhất là 255 trạng thái được sử dụng ở đây ). "
(Tuy nhiên, không phải ai cũng đồng ý rằng bài báo mới thực sự báo cáo "quyền tối cao". Ví dụ, các nhà nghiên cứu từ IBM cho rằng nhiệm vụ do Sycamore thực hiện nằm trong tầm với của một máy tính cổ điển. "Chúng tôi cho rằng một mô phỏng lý tưởng của cùng một nhiệm vụ có thể. được thực hiện trên một hệ thống cổ điển trong 2,5 ngày và với độ trung thực cao hơn nhiều ", ba nhà khoa học của IBM đã viết trong một bài đăng trên blog vào ngày 21 tháng 10." Thực tế đây là một ước tính bảo thủ, tồi tệ nhất và chúng tôi hy vọng rằng với các sàng lọc bổ sung chi phí cổ điển của mô phỏng có thể được giảm thêm. ")
Oliver cũng nhấn mạnh, tuy nhiên, công việc đáng kể vẫn cần phải được thực hiện trước khi máy tính lượng tử có thể trở thành một phần quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Ví dụ, ông viết, các nhà nghiên cứu sẽ phải phát triển các thuật toán mới có thể hoạt động với các bộ xử lý lượng tử dễ bị lỗi sẽ có sẵn trong tương lai gần. Và, để làm cho công nghệ trở nên khả thi về mặt thương mại trong một thời gian dài, các nhà khoa học sẽ phải nghĩ ra các giao thức mạnh mẽ để sửa các lỗi lượng tử.
- Các nhà vật lý đảo ngược thời gian cho các hạt nhỏ bên trong một máy tính lượng tử
- Dữ liệu không thể truy cập: Trước tiên, truyền thông lượng tử an toàn được kiểm tra qua kính hiển vi
- Siêu máy tính mới sẽ kéo dài các châu lục, vượt xa thế giới nhanh nhất
Lưu ý của biên tập viên: Câu chuyện này đã được cập nhật vào ngày 24 tháng 10 để bao gồm những suy nghĩ từ các nhà khoa học IBM, những người không nghĩ rằng nghiên cứu mới chứng minh uy quyền lượng tử.
Cuốn sách của Mike Wall về tìm kiếm sự sống ngoài hành tinh, "Ngoài đó"(Grand Central Publishing, 2018; minh họa bởi Karl Tate), là ra ngay bây giờ. Theo dõi anh ấy trên Twitter @michaeldwall. theo dõi chúng tối trên Twitter @Spacesotcom hoặc là Facebook.
