SG.hu
A Google kvantumszámítógépe 13 000-szer gyorsabb a hagyományos szuperszámítógépeknél
A Quantum Echoes nevű új algoritmus áttörést jelenthet az orvoslásban és az anyagtudományban, és a technológia közelebb kerül a gyakorlati alkalmazásokhoz.
Michel H. Devoret azon három fizikus egyike, akik több mint négy évtizeddel ezelőtt végzett kísérleteikért elnyerték az idei fizikai Nobel-díjat. Az 1980-as évek közepén a kaliforniai Berkeley Egyetem posztdoktori kutatójaként segített bebizonyítani, hogy a kvantummechanika - a szubatomi világ fizikája - furcsa és hatalmas tulajdonságai a szabad szemmel is látható méretű elektromos áramkörökben is megfigyelhetők. Ez a felfedezés utat nyitott a mobiltelefonok és a száloptikai kábelek előtt, és az elkövetkező években még nagyobb jelentőségre tehet szert, mivel a kutatók olyan kvantumszámítógépeket építenek, amelyek sokkal erősebbek lehetnek a mai számítástechnikai rendszereknél. Ez új gyógyszerek és vakcinák felfedezéséhez vezethet, valamint a világ titkait őrző titkosítási technikák feltöréséhez.
Most Dr. Devoret és kollégái a kaliforniai Santa Barbara közelében található Google laboratóriumban bejelentették, hogy kvantumszámítógépük sikeresen futtatott egy új algoritmust, amely felgyorsíthatja a gyógyszerkutatást, az új építőanyagok tervezését és más terület fejlődését. A kvantummechanika intuitívnak tűnő erejét kihasználva a Google gépe 13 000-szer gyorsabban futtatta ezt az algoritmust, mint egy csúcsteljesítményű szuperszámítógép, amely hasonló kódot futtatott a klasszikus fizika területén - áll a Google kutatói által a Nature tudományos folyóiratban megjelent cikkben. "A jövőben, amikor nagyobb kvantumszámítógépekkel rendelkezünk, olyan számításokat fogunk tudni végrehajtani, amelyek klasszikus algoritmusokkal lehetetlenek lennének” - mondta Dr. Devoret, aki 2023-ban csatlakozott a Google-hoz.
A kvantumszámítás még mindig kísérleti technológia. De a Google új algoritmusa, a Quantum Echoes azt mutatja, hogy a tudósok gyorsan fejlesztik azokat a technikákat, amelyek lehetővé tehetik a kvantumszámítógépek számára olyan tudományos problémák megoldását, amelyeket a hagyományos számítástechnikai eszközök soha nem tudnának megoldani. "Ez egy jelentős technológiai előrelépés” - mondta Prineha Narang, a Kaliforniai Egyetem fizika-, villamosmérnöki és számítástechnikai professzora. "Sokat hallottunk a terület hardveres fejlődéséről, és egy ideig attól tartottam, hogy az algoritmusok nem fogják tudni tartani a lépést. De bebizonyosodott, hogy ez nem így van.”
A Google kvantumkutatásai más technológiai óriásokkal, mint a Microsoft és az IBM, számtalan startup vállalkozással, egyetemekkel és Kína gyorsan haladó erőfeszítéseivel versenyeznek. A kínai kormány több mint 15,2 milliárd dollárt költött kvantumkutatásra. A klasszikus számítógépekben, mint a laptopok vagy az okostelefonok, a szilícium chipek a számokat „bitek” formájában tárolják. Minden bit vagy 1-et, vagy 0-t tartalmaz. A chipek ezeket a biteket manipulálva végzik el a számításokat - összeadják, megszorozzák őket, stb. A kvantumszámítógépek ezzel szemben a józan észnek ellentmondó módon végzik el a számításokat.
A kvantummechanika - a nagyon kis dolgok fizikája - törvényei szerint egy tárgy egyszerre két különálló tárgyként viselkedhet. Ezt a furcsa jelenséget kihasználva a tudósok kvantumbiteket, vagy "kubiteket” építhetnek, amelyek egyszerre tartalmaznak 1-es és 0-ás kombinációkat. Ez azt jelenti, hogy a kubitok számának növekedésével a kvantumszámítógépek teljesítménye exponenciálisan növekszik. Az 1980-as évek közepén két másik berkeley-i kutatóval, John M. Martinis-szal és John Clarke-kal együtt Dr. Devoret bebizonyította, hogy a kvantummechanika intuitívnak ellentmondó tulajdonságai nem korlátozódnak a szubatomi részecskékre. Ezek az elektromos áramkörökben is megjelennek, amelyek felhasználhatók számítógépes chipek építésére.
"Elsőként mutattuk meg, hogy elektromos áramkörökből atomokat lehet építeni” - mondta Dr. Devoret. A felfedezés megalapozta a „szupravezető kubiteket”, amelyeket a Google, az IBM és sok más vállalat használ kvantumszámítógépeinek meghajtására. Ehhez bizonyos fémeket rendkívül alacsony hőmérsékletre kell hűteni, hogy ugyanazt a furcsa viselkedést mutassák, mint a szubatomi részecskék. A mai kvantumszámítógépek még mindig túl sok hibát követnek el. De a hibajavítás - a hibák csökkentésének egyik módszere - terén elért legújabb fejlődésnek köszönhetően sok tudós ma már úgy véli, hogy a technológia a évtized végére beváltja a hozzá fűzött reményeket.
A Google tavaly bejelentette, hogy épített egy kvantumszámítógépet, amely kevesebb mint öt perc alatt végzett el egy különösen bonyolult matematikai számítást egy olyan tesztben, amelynek célja a technológia fejlődésének felmérése volt. A világ egyik legerősebb nem kvantum szuperszámítógépe 10 szeptillió év alatt sem lett volna képes elvégezni ezt a számítást, ami több milliárd billió évvel meghaladja az ismert univerzum korát. Ez a "kvantumfölény” pillanat megmutatta, hogy a technológia kezdi túllépni a klasszikus számítógépek teljesítményét. De a Google gépe által elvégzett számításnak, amely egy Willow nevű chipen alapult, nem volt gyakorlati haszna.
A Google és számos versenytársa továbbra is azon dolgozik, hogy a kvantumszámítógépek olyan fontos feladatokat tudjanak elvégezni a kémia és a mesterséges intelligencia területén, és ezzel felülmúlják a klasszikus számítógépek képességeit. "Ahhoz, hogy a kvantumszámítógépek ígéretét be tudjuk váltani, olyan új gyógyszert kell előállítanunk, amelyről csak a kvantumszámítógépek révén tudunk” - mondta Dr. Narang, a UCLA kutatója. „Akkor mondhatjuk, hogy minden befektetés megérte.”
A Google új algoritmusa egy lépés ebbe az irányba. Egy másik, szerdán az arXiv kutatási oldalon közzétett cikkben a vállalat bemutatta, hogy algoritmusa segíthet javítani az úgynevezett mágneses magrezonanciát (NMR), amely egy olyan technika, amellyel meg lehet érteni a kis molekulák szerkezetét és egymás közötti kölcsönhatásukat. Az NMR elengedhetetlen része a betegségek elleni új gyógyszerek és az autótól az épületekig mindenféle új anyagok kifejlesztésére irányuló erőfeszítéseknek. Segíthet az Alzheimer-kór megértésében vagy teljesen új fémek létrehozásában - mondta Ashok Ajoy, a Berkeley kémia tanszékének adjunktusa, aki az NMR szakértője és a Google kutatóival együtt dolgozott az új cikken. "Ez jól illusztrálja a kvantumszámítógépek erejét” - mondta. „Még korai szakaszban vagyunk, de a kilátások izgalmasak.”
Michel H. Devoret azon három fizikus egyike, akik több mint négy évtizeddel ezelőtt végzett kísérleteikért elnyerték az idei fizikai Nobel-díjat. Az 1980-as évek közepén a kaliforniai Berkeley Egyetem posztdoktori kutatójaként segített bebizonyítani, hogy a kvantummechanika - a szubatomi világ fizikája - furcsa és hatalmas tulajdonságai a szabad szemmel is látható méretű elektromos áramkörökben is megfigyelhetők. Ez a felfedezés utat nyitott a mobiltelefonok és a száloptikai kábelek előtt, és az elkövetkező években még nagyobb jelentőségre tehet szert, mivel a kutatók olyan kvantumszámítógépeket építenek, amelyek sokkal erősebbek lehetnek a mai számítástechnikai rendszereknél. Ez új gyógyszerek és vakcinák felfedezéséhez vezethet, valamint a világ titkait őrző titkosítási technikák feltöréséhez.
Most Dr. Devoret és kollégái a kaliforniai Santa Barbara közelében található Google laboratóriumban bejelentették, hogy kvantumszámítógépük sikeresen futtatott egy új algoritmust, amely felgyorsíthatja a gyógyszerkutatást, az új építőanyagok tervezését és más terület fejlődését. A kvantummechanika intuitívnak tűnő erejét kihasználva a Google gépe 13 000-szer gyorsabban futtatta ezt az algoritmust, mint egy csúcsteljesítményű szuperszámítógép, amely hasonló kódot futtatott a klasszikus fizika területén - áll a Google kutatói által a Nature tudományos folyóiratban megjelent cikkben. "A jövőben, amikor nagyobb kvantumszámítógépekkel rendelkezünk, olyan számításokat fogunk tudni végrehajtani, amelyek klasszikus algoritmusokkal lehetetlenek lennének” - mondta Dr. Devoret, aki 2023-ban csatlakozott a Google-hoz.
A kvantumszámítás még mindig kísérleti technológia. De a Google új algoritmusa, a Quantum Echoes azt mutatja, hogy a tudósok gyorsan fejlesztik azokat a technikákat, amelyek lehetővé tehetik a kvantumszámítógépek számára olyan tudományos problémák megoldását, amelyeket a hagyományos számítástechnikai eszközök soha nem tudnának megoldani. "Ez egy jelentős technológiai előrelépés” - mondta Prineha Narang, a Kaliforniai Egyetem fizika-, villamosmérnöki és számítástechnikai professzora. "Sokat hallottunk a terület hardveres fejlődéséről, és egy ideig attól tartottam, hogy az algoritmusok nem fogják tudni tartani a lépést. De bebizonyosodott, hogy ez nem így van.”
A Google kvantumkutatásai más technológiai óriásokkal, mint a Microsoft és az IBM, számtalan startup vállalkozással, egyetemekkel és Kína gyorsan haladó erőfeszítéseivel versenyeznek. A kínai kormány több mint 15,2 milliárd dollárt költött kvantumkutatásra. A klasszikus számítógépekben, mint a laptopok vagy az okostelefonok, a szilícium chipek a számokat „bitek” formájában tárolják. Minden bit vagy 1-et, vagy 0-t tartalmaz. A chipek ezeket a biteket manipulálva végzik el a számításokat - összeadják, megszorozzák őket, stb. A kvantumszámítógépek ezzel szemben a józan észnek ellentmondó módon végzik el a számításokat.
A kvantummechanika - a nagyon kis dolgok fizikája - törvényei szerint egy tárgy egyszerre két különálló tárgyként viselkedhet. Ezt a furcsa jelenséget kihasználva a tudósok kvantumbiteket, vagy "kubiteket” építhetnek, amelyek egyszerre tartalmaznak 1-es és 0-ás kombinációkat. Ez azt jelenti, hogy a kubitok számának növekedésével a kvantumszámítógépek teljesítménye exponenciálisan növekszik. Az 1980-as évek közepén két másik berkeley-i kutatóval, John M. Martinis-szal és John Clarke-kal együtt Dr. Devoret bebizonyította, hogy a kvantummechanika intuitívnak ellentmondó tulajdonságai nem korlátozódnak a szubatomi részecskékre. Ezek az elektromos áramkörökben is megjelennek, amelyek felhasználhatók számítógépes chipek építésére.
"Elsőként mutattuk meg, hogy elektromos áramkörökből atomokat lehet építeni” - mondta Dr. Devoret. A felfedezés megalapozta a „szupravezető kubiteket”, amelyeket a Google, az IBM és sok más vállalat használ kvantumszámítógépeinek meghajtására. Ehhez bizonyos fémeket rendkívül alacsony hőmérsékletre kell hűteni, hogy ugyanazt a furcsa viselkedést mutassák, mint a szubatomi részecskék. A mai kvantumszámítógépek még mindig túl sok hibát követnek el. De a hibajavítás - a hibák csökkentésének egyik módszere - terén elért legújabb fejlődésnek köszönhetően sok tudós ma már úgy véli, hogy a technológia a évtized végére beváltja a hozzá fűzött reményeket.
A Google tavaly bejelentette, hogy épített egy kvantumszámítógépet, amely kevesebb mint öt perc alatt végzett el egy különösen bonyolult matematikai számítást egy olyan tesztben, amelynek célja a technológia fejlődésének felmérése volt. A világ egyik legerősebb nem kvantum szuperszámítógépe 10 szeptillió év alatt sem lett volna képes elvégezni ezt a számítást, ami több milliárd billió évvel meghaladja az ismert univerzum korát. Ez a "kvantumfölény” pillanat megmutatta, hogy a technológia kezdi túllépni a klasszikus számítógépek teljesítményét. De a Google gépe által elvégzett számításnak, amely egy Willow nevű chipen alapult, nem volt gyakorlati haszna.
A Google és számos versenytársa továbbra is azon dolgozik, hogy a kvantumszámítógépek olyan fontos feladatokat tudjanak elvégezni a kémia és a mesterséges intelligencia területén, és ezzel felülmúlják a klasszikus számítógépek képességeit. "Ahhoz, hogy a kvantumszámítógépek ígéretét be tudjuk váltani, olyan új gyógyszert kell előállítanunk, amelyről csak a kvantumszámítógépek révén tudunk” - mondta Dr. Narang, a UCLA kutatója. „Akkor mondhatjuk, hogy minden befektetés megérte.”
A Google új algoritmusa egy lépés ebbe az irányba. Egy másik, szerdán az arXiv kutatási oldalon közzétett cikkben a vállalat bemutatta, hogy algoritmusa segíthet javítani az úgynevezett mágneses magrezonanciát (NMR), amely egy olyan technika, amellyel meg lehet érteni a kis molekulák szerkezetét és egymás közötti kölcsönhatásukat. Az NMR elengedhetetlen része a betegségek elleni új gyógyszerek és az autótól az épületekig mindenféle új anyagok kifejlesztésére irányuló erőfeszítéseknek. Segíthet az Alzheimer-kór megértésében vagy teljesen új fémek létrehozásában - mondta Ashok Ajoy, a Berkeley kémia tanszékének adjunktusa, aki az NMR szakértője és a Google kutatóival együtt dolgozott az új cikken. "Ez jól illusztrálja a kvantumszámítógépek erejét” - mondta. „Még korai szakaszban vagyunk, de a kilátások izgalmasak.”