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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/