Die Ära des Quantencomputers ist hier. Ausblick: Bedeckt
Die Ära des Quantencomputers ist hier. Ausblick:
Bedeckt
Autor: Philip Ball
Philip Ball
Wissenschaft
02.04.18
07:00 sind
Die Ära des Quantencomputers ist hier. Ausblick: Bedeckt
Quantencomputer müssen das Problem des Lärms
behandeln, der jede Berechnung schnell zum Entgleisen bringen kann;
Josef Bsharah für Quanten Zeitschrift
Nach Jahrzehnten des schweren wuchtigen Schlags mit keinen Aussichten
des Erfolgs summt Quantencomputer plötzlich vor fast fiebrigen Aufregung
und Aktivität. Vor fast zwei Jahren stellte IBM einen für die Welt
verfügbaren Quantencomputer her: die 5 Quantenstück (Qubits) Ressourcen,
wegen deren sie jetzt (etwas ungünstig) die IBM Q Erfahrung anrufen. Das
schien mehr wie ein Spielzeug für Forscher als eine Art, jede ernste
krachende Nummer fertig zu machen. Aber 70,000 Benutzer haben sich
weltweit dafür angemeldet, und die Qubitszählung in diesen Ressourcen
hat sich jetzt vervierfacht. In den letzten Monaten haben IBM und Intel
angekündigt, dass sie Quantencomputer mit 50 und 49 Qubits
beziehungsweise hergestellt haben, und es wird angenommen, dass Google
eins hat, wenn es in den Flügeln wartet. "Es gibt viel Energie in der
Gemeinschaft und der neue Fortschritt, der immens ist", sagte Physiker
Jens Eisert über die freie Universität von Berlin.
Quanten Zeitschrift
Herum
Originalgeschichte druckte mit Erlaubnis von Quanten Zeitschrift nach,
eine redaktionell unabhängige Veröffentlichung der Simon Foundations,
deren Auftrag öffentliches Wissenschaftsverständnis durch Bedecken der
Forschungsentwicklungen und Trends in Mathematik und der ärztlichen
Untersuchungs- und Lebenswissenschaften verbessern soll.
Es gibt jetzt Rede über bevorstehende "Quantensouveränität": der Moment
ist, wenn ein Quantencomputer eine Aufgabe über das Mittel von heute
ausführen kann, am besten klassische Supercomputer. Es könnte sein, dass
das absurd klingt, wenn Sie die bloßen Nummern vergleichen: 50 Qubits
gegen die Milliarden von klassischen Stücken in Ihrem Laptop. Aber der
ganze Punkt des Quantencomputers ist, dass ein Quantenstück für viel
viel mehr als ein klassisches Stück zählt. Fünfzig Qubits hat lang
worden als die ungefähre Anzahl betrachtet, an der Quantencomputer zu
Berechnungen, die eine unausführbar lange Zeit klassisch brauchen
würden, fähig wird. Auf halbem Weg durch 2017 kündigten Forscher bei
Google an, dass sie hofften, Quantensouveränität bis Ende des Jahres
demonstriert zu haben. (Als er bedrängt für eine Aktualisierung war,
sagte das ein Sprecher vor kurzem " wir hoffen, zu geben, dass
resultieren, sobald wir können, bekannt, aber wir gehen durch die ganze
detaillierte Arbeit, um sicherzustellen, dass wir ein festes Ergebnis
vor haben, wir announce" )
Es wäre verführerisch, aus aller diesen zu schließen, dass die
Grundprobleme im Prinzip gelöst sind, und der Pfad zu einer Zukunft des
allgegenwärtigen Quantencomputers ist jetzt nur eine Angelegenheit als
Ingenieur zu arbeiten. Aber das wäre ein Fehler. Die Grundphysik von
Quantencomputer ist weit entfernt, gelöst, von seiner Durchführung und
kann nicht bereitwillig befreit werden von ihr.
Selbst wenn wir bald am Quantensouveränitätsmeilenstein vorbeigehen,
könnten das nächste Jahr oder die zwei die Echtknirschzeit dafür sein,
ob Quantencomputer EDV revolutionieren. Es gibt immer noch alles, um
dafür zu spielen, und keine Garantie, das große Ziel zu erreichen.
Der Quantencomputerzentrum am Thomas J. Watson Forschungszentrum in
Yorktown Heights, New York der IBM, hält Quantencomputer in großen
kryogenen Tanks (weit rechts stehend), die zu einem Bruchteil eines
Grads über absolutem Nullpunkt abgekühlt sind ; Connie Zhou für IBM
Schweigen Sie und berechnen Sie
Sowohl die Nutzen als auch die Herausforderungen des Quantencomputers
sind inhärent in der Physik, die es erlaubt. Der Grundgeschichte ist
oft, doch nicht immer mit der Nuance gesagt worden, dass Quantenmechanik
fordert. Klassische Computer kodieren und manipulieren Information als
Ketten von Binärzeichen -1 oder 0. Quantenstücke tun dasselbe, außer dem
können sie in eine so genannte Überlagerung von den Staaten 1 und 0
gestellt werden, welches bedeutet, dass eine Messung vom Zustand der
Qubits die Antwort 1 oder 0 mit irgendeiner wohldefinierten
Wahrscheinlichkeit entlocken konnte.
Um eine Berechnung mit vielen solchen Qubits auszuführen, müssen sie
alle ausdauernd in voneinander abhängigen Überlagerungen von Staaten
sein-ein "quantenschlüssiger" Staat, in welchem sollen die Qubits
verfangen werden. Dieser Weg, ein kneifen zu eins Qubits können alle
beeinflussen die anderen. Dies bedeutet, dass irgendwie
Computeroperationen an Qubits mehr als sie für klassische Stücke tun
zählen. Die Computerressourcenzunahme von einfachem Verhältnis zur
Anzahl von Stücken für ein klassisches Gerät, aber dem Hinzufügen von
zusätzlichen Qubits verdoppelt die Ressourcen eines Quantencomputers
potentiell. Dies ist, warum die Differenz zwischen 5 Qubits und einer 50
Qubitsmaschine so bedeutsam ist.
Bemerken Sie, dass ich nicht gesagt habe, - da es oft gesagt ist-dass
ein Quantencomputer einen Vorteil hat, weil die Verfügbarkeit von
Überlagerungen die Anzahl von Staaten ungeheuer steigert, die es
kodieren kann, verglichen mit klassischen Stücken. Noch habe ich gesagt,
dass Verwicklung vielen Berechnungen erlaubt, parallel ausgeführt zu
werden. (Wirklich ist ein starker Grad Qubitsverwicklung nicht
wesentlich. ) Es gibt ein Element der Wahrheit in jenen
Beschreibungen-etwas von der Zeit, aber keines schlägt die Essenz des
Quantencomputers.
In einer der IBM telegraphierten Kälteregler für ein 50
Qubitsquantensystem; Connie Zhou für IBM
Es ist schwer, qualitativ zu sagen, warum Quantencomputer so mächtig
ist, genau weil es schwer ist, anzugeben, welche Quantenmechanik
überhaupt bedeutet. Die Gleichungen der Quantentheorie zeigen sicher,
dass es funktioniert: das mindestens für einige Klassen der Berechnung
wie Faktorenzerlegungs- oder Datenbanksuchen, es gibt ungeheure
Beschleunigung von der Berechnung. Aber wie genau?
Vielleicht ist die sicherste Art, Quantencomputer zu beschreiben, zu
sagen, dass Quantenmechanik irgendwie eine "Ressource" für Berechnung
schafft, die zu klassischen Geräten nicht verfügbar ist. Als
Quantentheoretiker platzierte Daniel Gottesman vom Grenzinstitut in
Waterloo, Kanada es, ", wenn Sie genug in irgendeinem Sinn verfügbare
Quantenmechanik haben, dann Sie haben Beschleunigung und wenn nicht Sie
tun es nicht."
Einige Dinge sind klar doch. Um eine Quantenberechnung auszuführen,
müssen Sie all Ihre Qubits schlüssig halten. Und dies ist sehr schwer.
Interaktionen eines Systems von quantenschlüssigen Entitäten mit ihren
umliegenden Umgebungsgenerierungskanälen durch die die Kohärenz rasch
"heraussickert" in einem Prozess riefen decoherence an. Forscher, die
versuchen, Quantencomputer zu bauen, müssen decoherence ab abwehren, das
sie gegenwärtig nur für einen Bruchteil einer Sekunde tun können. Diese
Herausforderung wird als die Anzahl von Qubits und daher das Potential
immer größer, um mit den Umgebungszunahmen zu interagieren. Dies ist im
Wesentlichen warum, obwohl Quantencomputer zuerst von Richard Feynman im
Jahr 1982 vorgeschlagen wurde und die Theorie aus in den frühen 1990ern
bearbeitet wurde, es hat bis jetzt gebraucht, um Geräte herzustellen,
die tatsächlich eine bedeutungsvolle Berechnung ausführen können.
Quantenfehler
Es gibt einen zweiten Grundgrund, warum Quantencomputer so schwierig
ist. Mögen Sie etwa jeden anderen Prozess in der Natur, es ist laut.
Zufällige Schwankungen von Hitze in den Qubits sagen oder von im
Wesentlichen quantenmechanischen Prozessen schnellen gelegentlich oder
randomize der Zustand von Qubits, die eine Berechnung potentiell zum
Entgleisen bringen. Dies ist auch eine Gefahr in klassischer EDV, aber
es ist, um nicht schwer mit Ihnen zu handeln, gerade behält zwei oder
mehr Sicherungskopien jedes Stücks, so dass ein zufällig geschnelltes
Stück als die merkwürdige auffällt, aus.
Forscher, die an Quantencomputern arbeiten, haben Strategien geschaffen,
wie man vom Lärm handeln kann. Aber diese Strategien erlegen eine
riesige Schuld von Computergemeinkosten auf-all Ihre Rechenleistung
geht, Fehler zu korrigieren und nicht Ihre Algorithmen zu führen.
"Gegenwärtige Fehlerquoten bedeutend eingrenzen die Längen von
Berechnungen, die ausgeführt werden können," sagten Andrew Childs, der
Direktor des Gemeinschaftszentrums für Quanteninformation und Informatik
an der Universität von Maryland. "Wir müssen viel besser tun, wenn wir
etwas Interessantes tun wollen."
Andrew Childs, ein Quantentheoretiker an der Universität von Maryland,
Vorsicht, für den Fehlerquoten ein Grundunternehmen sind,
Quantencomputer; Photo von John T. Consoli/Universität von Maryland
Viel Forschung über die Grundlagen des Quantencomputers ist
Fehlerkorrektur gewidmet worden. Teil der Schwierigkeit kommt von einer
anderen von den Schlüsseleigenschaften von Quantensystemen:
Überlagerungen können nur ausdauernd sein, solange Sie nicht den Wert
der Qubits messen. Wenn Sie eine Messung machen, bricht die Überlagerung
zu einem sicheren Wert zusammen: 1 oder 0. So wie können Sie
herausfinden, ob Qubits einen Fehler haben, wenn Sie nicht wissen, in
welchem Staat es ist?
https://www.wired.com/story/the-era-of-quantum-computing-is-here-outlook-cloudy/