Google ประกาศฤดูใบไม้ร่วงนี้ถึงการประโคมมากที่ได้แสดงให้เห็นว่า "อำนาจสูงสุดควอนตัม" - นั่นคือมันทำการคำนวณควอนตัมที่เฉพาะเจาะจงเร็วกว่าคอมพิวเตอร์คลาสสิกที่ดีที่สุดที่สามารถทำได้ IBMวิพากษ์วิจารณ์การเรียกร้องทันทีบอกว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์คลาสสิกของตัวเองสามารถทำการคำนวณได้ที่ความเร็วเกือบเท่ากันกับความจงรักภักดีมากขึ้นและดังนั้นจึงควรมีการประกาศของ Google "ด้วยความสงสัยในปริมาณมาก"
นี่ไม่ใช่ครั้งแรกที่มีคนสงสัยในการคำนวณควอนตัม ปีที่แล้วMichel Dyakonovนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่ University of Montpellier ในฝรั่งเศสเสนอเหตุผลทางเทคนิคมากมายเหตุใดจึงไม่มีการสร้างซูเปอร์คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้งานได้จริงในบทความใน IEEE Spectrum วารสารเรือธงของวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์
แล้วคุณจะเข้าใจได้อย่างไรว่าเกิดอะไรขึ้น?
ในฐานะคนที่ทำงานคอมพิวเตอร์ควอนตัมสำหรับหลายปีฉันเชื่อว่าเนื่องจากความไม่แน่นอนของข้อผิดพลาดแบบสุ่มในฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีประโยชน์จึงไม่น่าจะถูกสร้างขึ้น
ที่เกี่ยวข้อง:18 เท่าควอนตัมฟิสิกส์ทำให้จิตใจของเรา
คอมพิวเตอร์ควอนตัมคืออะไร?
เพื่อให้เข้าใจว่าทำไมคุณต้องเข้าใจว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงานอย่างไรเนื่องจากพวกเขาแตกต่างจากคอมพิวเตอร์คลาสสิกโดยพื้นฐาน
คอมพิวเตอร์คลาสสิกใช้ 0 และ 1s เพื่อจัดเก็บข้อมูล ตัวเลขเหล่านี้อาจเป็นแรงดันไฟฟ้าในจุดต่าง ๆ ในวงจร แต่คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงานบนควอนตัมบิตหรือที่เรียกว่า qubits คุณสามารถนึกภาพพวกเขาเป็นคลื่นที่เกี่ยวข้องกับแอมพลิจูดและเฟส
Qubits มีคุณสมบัติพิเศษ: พวกเขาสามารถมีอยู่ในการซ้อนทับซึ่งพวกเขาเป็นทั้ง 0 และ 1 ในเวลาเดียวกันและพวกเขาอาจถูกพันกันดังนั้นพวกเขาจึงแบ่งปันคุณสมบัติทางกายภาพแม้ว่าพวกเขาจะถูกแยกออกจากระยะทางไกล มันเป็นพฤติกรรมที่ไม่มีอยู่ในโลกของฟิสิกส์คลาสสิก ที่การซ้อนทับหายไปเมื่อผู้ทดลองโต้ตอบกับสถานะควอนตัม
เนื่องจากการซ้อนทับคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มี 100 qubits สามารถแสดงโซลูชัน 2100 พร้อมกัน สำหรับปัญหาบางอย่างความเท่าเทียมแบบเอ็กซ์โปเนนเชียลนี้สามารถควบคุมได้เพื่อสร้างความได้เปรียบความเร็วอย่างมาก บางปัญหาการทำลายรหัสสามารถแก้ไขได้เร็วขึ้นอย่างรวดเร็วบนเครื่องควอนตัม, ตัวอย่างเช่น.
มีวิธีอื่นที่แคบลงในการคำนวณควอนตัมที่เรียกว่าการหลอมควอนตัมในกรณีที่มีการใช้ qubits เพื่อเร่งปัญหาการเพิ่มประสิทธิภาพ ระบบ D-Wave ซึ่งตั้งอยู่ในแคนาดาได้สร้างระบบการเพิ่มประสิทธิภาพที่ใช้ qubits เพื่อจุดประสงค์นี้ แต่นักวิจารณ์ก็อ้างว่าระบบเหล่านี้ไม่ดีไปกว่าคอมพิวเตอร์คลาสสิก-
ไม่ว่า บริษัท และประเทศต่าง ๆ กำลังลงทุนเงินจำนวนมากในการคำนวณควอนตัมจีนได้พัฒนาไฟล์โรงงานวิจัยควอนตัมใหม่มูลค่า 10 พันล้านเหรียญสหรัฐในขณะที่สหภาพยุโรปได้พัฒนา 1 พันล้านยูโร (1.1 พันล้านดอลลาร์)แผนแม่บทควอนตัม- สหรัฐอเมริกา 'พระราชบัญญัติการริเริ่มควอนตัมแห่งชาติให้เงิน 1.2 พันล้านเหรียญสหรัฐเพื่อส่งเสริมวิทยาศาสตร์สารสนเทศควอนตัมในระยะเวลาห้าปี
อัลกอริทึมการเข้ารหัสการทำลายเป็นปัจจัยกระตุ้นที่ทรงพลังสำหรับหลายประเทศ - หากพวกเขาสามารถทำได้สำเร็จมันจะทำให้พวกเขาได้เปรียบด้านสติปัญญามหาศาล แต่การลงทุนเหล่านี้ยังส่งเสริมการวิจัยขั้นพื้นฐานทางฟิสิกส์
หลาย บริษัท กำลังผลักดันให้สร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมรวมถึง Intel และ Microsoft นอกเหนือจาก Google และ IBM บริษัท เหล่านี้กำลังพยายามสร้างฮาร์ดแวร์ที่จำลองแบบวงจรของคอมพิวเตอร์คลาสสิก อย่างไรก็ตามระบบการทดลองในปัจจุบันมีน้อยกว่า 100 qubits เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการคำนวณที่เป็นประโยชน์คุณอาจต้องใช้เครื่องจักรที่มี qubits หลายแสน
การแก้ไขเสียงและข้อผิดพลาด
คณิตศาสตร์ที่หนุนอัลกอริทึมควอนตัมได้รับการยอมรับอย่างดี แต่มีความท้าทายทางวิศวกรรมที่น่ากลัวที่ยังคงอยู่
เพื่อให้คอมพิวเตอร์ทำงานได้อย่างถูกต้องพวกเขาจะต้องแก้ไขข้อผิดพลาดแบบสุ่มเล็ก ๆ ทั้งหมด ในคอมพิวเตอร์ควอนตัมข้อผิดพลาดดังกล่าวเกิดขึ้นจากองค์ประกอบวงจรที่ไม่เหมาะและการโต้ตอบของ qubits กับสภาพแวดล้อมรอบตัว ด้วยเหตุผลเหล่านี้ qubits อาจสูญเสียการเชื่อมโยงกันในเศษเสี้ยววินาทีและดังนั้นการคำนวณจะต้องเสร็จสิ้นในเวลาที่น้อยลง หากข้อผิดพลาดแบบสุ่ม - ซึ่งหลีกเลี่ยงไม่ได้ในระบบทางกายภาพใด ๆ - ไม่ได้รับการแก้ไขผลลัพธ์ของคอมพิวเตอร์จะไร้ค่า
ในคอมพิวเตอร์คลาสสิกเสียงเล็ก ๆ ได้รับการแก้ไขโดยการใช้ประโยชน์จากแนวคิดที่เรียกว่าการกำหนดเกณฑ์ มันทำงานได้เหมือนการปัดเศษของตัวเลข ดังนั้นในการส่งจำนวนเต็มซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่าข้อผิดพลาดน้อยกว่า 0.5 ถ้าสิ่งที่ได้รับคือ 3.45 ค่าที่ได้รับสามารถแก้ไขได้ 3
ที่เกี่ยวข้อง:สมการทางคณิตศาสตร์ที่สวยงามที่สุด 11 ตัว
ข้อผิดพลาดเพิ่มเติมสามารถแก้ไขได้โดยการแนะนำความซ้ำซ้อน ดังนั้นหาก 0 และ 1 ถูกส่งเป็น 000 และ 111 ดังนั้นที่ข้อผิดพลาดบิตส่วนใหญ่ในระหว่างการส่งสามารถแก้ไขได้อย่างง่ายดาย: 001 ที่ได้รับจะถูกตีความเป็น 0 และ 101 ที่ได้รับจะถูกตีความเป็น 1
รหัสการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมเป็นลักษณะทั่วไปของคลาสสิก แต่มีความแตกต่างที่สำคัญ สำหรับหนึ่ง qubits ที่ไม่รู้จักไม่สามารถคัดลอกเพื่อรวมความซ้ำซ้อนเป็นเทคนิคการแก้ไขข้อผิดพลาด นอกจากนี้ข้อผิดพลาดที่มีอยู่ภายในข้อมูลขาเข้าก่อนที่จะมีการแนะนำการเข้ารหัสการแก้ไขข้อผิดพลาดไม่สามารถแก้ไขได้
การเข้ารหัสควอนตัม
ในขณะที่ปัญหาของเสียงดังเป็นความท้าทายที่ร้ายแรงในการใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัม แต่ก็ไม่ได้เป็นเช่นนั้นในการเข้ารหัสควอนตัมซึ่งผู้คนกำลังจัดการกับ qubits เดี่ยวสำหรับ qubits เดี่ยวสามารถแยกได้จากสภาพแวดล้อมเป็นระยะเวลานาน การใช้การเข้ารหัสควอนตัมผู้ใช้สองคนสามารถแลกเปลี่ยนตัวเลขที่มีขนาดใหญ่มากที่รู้จักกันในชื่อคีย์ซึ่งมีความปลอดภัยข้อมูลโดยไม่มีใครสามารถทำลายระบบแลกเปลี่ยนคีย์ได้ การแลกเปลี่ยนที่สำคัญดังกล่าวสามารถช่วยให้การสื่อสารที่ปลอดภัยระหว่างดาวเทียมและเรือกองทัพเรือ แต่อัลกอริทึมการเข้ารหัสที่แท้จริงที่ใช้หลังจากการแลกเปลี่ยนคีย์ยังคงเป็นแบบคลาสสิกดังนั้นการเข้ารหัสจึงไม่แข็งแกร่งกว่าวิธีการคลาสสิก
การเข้ารหัสควอนตัมกำลังถูกนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์ในแง่ จำกัด สำหรับการทำธุรกรรมธนาคารที่มีมูลค่าสูง แต่เนื่องจากทั้งสองฝ่ายต้องได้รับการรับรองความถูกต้องโดยใช้โปรโตคอลคลาสสิกและเนื่องจากห่วงโซ่มีความแข็งแกร่งเท่ากับการเชื่อมโยงที่อ่อนแอที่สุดจึงไม่แตกต่างจากระบบที่มีอยู่ ธนาคารยังคงใช้กระบวนการตรวจสอบความถูกต้องแบบคลาสสิกซึ่งสามารถใช้ในการแลกเปลี่ยนกุญแจโดยไม่สูญเสียความปลอดภัยโดยรวม
เทคโนโลยีการเข้ารหัสควอนตัมต้องเปลี่ยนโฟกัสเป็นการส่งข้อมูลควอนตัมถ้ามันจะปลอดภัยกว่าเทคนิคการเข้ารหัสที่มีอยู่อย่างมีนัยสำคัญ
ความท้าทายด้านคอมพิวเตอร์ควอนตัมเชิงพาณิชย์
ในขณะที่การเข้ารหัสควอนตัมถือเป็นสัญญาบางอย่างหากปัญหาของการส่งควอนตัมสามารถแก้ไขได้ฉันสงสัยว่าสิ่งเดียวกันนี้ถือเป็นจริงสำหรับการคำนวณควอนตัมทั่วไป การแก้ไขข้อผิดพลาดซึ่งเป็นพื้นฐานของคอมพิวเตอร์อเนกประสงค์เป็นความท้าทายที่สำคัญในคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ฉันไม่เชื่อว่าพวกเขาจะถูกสร้างขึ้นในเชิงพาณิชย์
-คุณฉลาดและอยากรู้อยากเห็นเกี่ยวกับโลก ผู้เขียนและบรรณาธิการของบทสนทนาก็เช่นกัน คุณสามารถรับไฮไลท์ของเราในแต่ละสุดสัปดาห์-
- ภาพถ่าย: ตัวเลขจำนวนมากที่กำหนดจักรวาล
- 9 ตัวเลขที่เย็นกว่า pi
- 8 วิธีที่คุณสามารถเห็นทฤษฎีสัมพัทธภาพของ Einstein ในชีวิตจริง
บทความนี้เผยแพร่ครั้งแรกที่บทสนทนาสิ่งพิมพ์มีส่วนร่วมในบทความเกี่ยวกับ Live Science'sVoices Expert: Op-Ed & Insights-
