Съдържание

• За какво са полезни квантовите компютри
• Какво означава квантовото надмощие за сигурността?
• Въпроси относно претенциите на Google за квантово превъзходство

Миналата седмица изследователите от Google твърдят, че са достигнали „квантово надмощие“, според статия в Financial Times, Хартията на Google бе публикувана за кратко на уебсайта на НАСА, преди да бъде премахната. В него изследователите твърдят, че са превъзхождали най-мощния класически суперкомпютър днес - наречен Summit - със собствен квантов компютър.

Това е това, което е известно като квантово надмощие - с други думи, когато се окаже, че квантовият компютър е по-бърз при дадена задача от класическия компютър. Според документа 53-кубитната система на Sycamore на Google е в състояние да извърши това специфично изчисление за три минути и 20 секунди. Суперкомпютърът Summit ще отнеме около 10 000 години, за да изпълни същата функция.

Достигането на квантово надмощие първоначално беше прогнозирано за края на 2017 г. Въпреки това, 72-кубитният компютър на Bristlecone на Google (на снимката по-горе) се оказа твърде трудно за контрол с достатъчна точност. Вместо това пробивът идва от по-малката 53-кубитна система Sycamore.

За какво са полезни квантовите компютри

За разлика от традиционните компютри, които работят на битове от 1 или 0, квантовите компютри използват „кубити“ за съхраняване на стойности. Кубит или квантов бит е двустранна квантово-механична система. Той има тайнственото свойство да може да държи суперпозиция както на 1, така и на 0 състояния наведнъж. Това състояние обаче се срива при измерване.

Квантовите компютри са изградени с подобни хардуерни порти на класическите компютри, като НЕ и ИН еквивалентите на порта се използват за изграждане на математически функции. Въпреки това, квантовите изходи са присъщо вероятни, което означава, че трябва да бъдат проверени за точност и грешки, коригирани. Освен това не можете да надникнете в квантовите изчисления частично, без да разрушите изхода поради суперпозиция.

Суперпозицията и вероятността са ключовете, които правят квантовите компютри полезни за определени математически задачи. Намаляването на броя на кубитите дава възможност да се изчислят милиони възможности почти моментално. Използването включва факториране на огромни числа, изчисляване на преобразувания на Фурие и решаване на линейни уравнения. По своята същност квантовите компютри са много специализирани. Те всъщност не са полезни за много от основните изчисления, които нашите преносими компютри извършват всеки ден.

Какво означава квантовото надмощие за сигурността?

Колкото и странно да звучи квантовите компютри, те имат някои много интересни приложения в определени компютърни области - особено тези, които включват многократни, сложни математически операции като метеорология, моделиране на химия и физика и криптография.

Този последен често плаши хората. Квантовите компютри могат да преминат през толкова много математически пермутации наведнъж и на теория отнемат част от времето, необходимо на настоящите компютри, за да нарушат общите стандарти за криптиране. Само дни или часове, а не няколко пъти. Нови криптографски протоколи може да са необходими един ден за много чувствителна информация, за да се предотврати напукване от квантовите компютри.

Стандартите за криптиране ще трябва да се подобрят след търговските квантови компютри.

По същия начин, подобни алгоритми се използват на текущия пазар на криптовалути, за да осигурят портфейли и да проверят легитимността на транзакциите. Няма признак, че дори компютърът на Google е в състояние да пробие тези типове шифроване. Въпреки това, заплахата от експоненциален растеж на квантовата изчислителна мощност прави тази особена възможност през следващите няколко години.

За щастие, квантовите компютри са все още далеч от търговската реализация. Те все още са в етап на разработка и е много по-вероятно да бъдат използвани за изследване, отколкото за разбиване на обществени пароли. Така или иначе стандартите за криптиране ще трябва да се подобрят, за да възпират и предотвратят жизнеспособността на крекинга в близко бъдеще.

Въпроси относно претенциите на Google за квантово превъзходство

Докато Google твърди, че квантовото надмощие е основен пробив, някои от неговите конкуренти са по-малко убедени в достойнствата на постижението. Терминът „квантово надмощие“ предполага, че квантовите компютри са по-мощни и полезни от класическите компютри, но това със сигурност е спорно твърдение.

Дарио Гил, ръководител на научните изследвания в IBM (основен съперник в квантовото изчислително пространство), нарече твърденията на Google „просто грешни“. Гил отбелязва, че изследването е просто „лабораторен експеримент, предназначен да изпълнява по същество - и почти сигурно изключително - един много специфична процедура за квантово вземане на проби без практически приложения. “С други думи, изследванията на Google се фокусират върху много тесен тип изчисления, който разкрива малко за по-широките възможности на компютъра.

Квантово надмощие - когато квантовият компютър превъзхожда класическия компютър за дадена задача.

Въпреки това Чад Ригети, бивш ръководител на IBM, нарече това съобщение "голям момент за хората и науката." Даниел Лидар, професор по инженерство в Университета в Южна Калифорния, отбеляза мащаба на пробива на Google. Компанията е намалила кубитните смущения - известни като "кръстосани разговори" - значително намалявайки процента на грешки на компютъра в сравнение със своя конкурент.

Отражението е, че Google вече ще може да увеличи размера на своите квантови компютри благодарение на по-ниските резултати от грешки. Повече кубити с ниска грешка ще увеличат експоненциално мощността на процесите на квантовите компютри, като ги направят много по-жизнеспособни за сложно решаване на проблеми. Въпреки че има още много работа за програмируемост.

В крайна сметка квантовите компютри са полезни само за ограничен набор от задачи. Те са скъпи за изграждане, изпълнение и програмиране. Тази сложност означава, че има вероятност те да бъдат използвани много рядко за много специфични задачи. Въпреки това, това не намалява значението на квантовото превъзходство на Google и факта, че квантовите изчисления изглеждат все по-жизнеспособни всяка година.