SG.hu
Kísérleti kvantumszámítógépet készített a Google
A Google ma bemutatott egy kísérleti gépet, amely olyan feladatokra képes, amelyeket egy hagyományos szuperszámítógép 10 szeptillió év alatt sem tudna megoldani. (Ez hosszabb időtartam, mint az univerzum kora.)
2019-ben a Google kutatócsoportja közölte, hogy olyan gépet építettek, amely képes olyan feladatok elvégzésére, amelyekre a hagyományos szuperszámítógépek nem voltak képesek. Ezt a kvantumszámítógépnek nevezett gépet az informatika fejlődésének fordulópontjaként jellemezték. Néhány tudós vitatta az állítást. Az azóta eltelt években, ahogy a hagyományos szuperszámítógépek egyre nagyobb teljesítményűek lettek, egyre inkább felértek a Google kvantumszámítógépének teljesítményével. De ma a Google bemutatott egy olyan új kvantumszámítógépet, amely véget vethet a hagyományos gépekkel folytatott versenyfutásnak, és amely olyan jövőbe mutat, amelyben a kvantumszámítógépek olyan területeken is előrelépést hozhatnak, mint a gyógyszerkutatás és a mesterséges intelligencia.
A Google szerint a Willow nevű számítógépes chipre épülő kvantumszámítógépének kevesebb mint öt percre volt szüksége egy olyan matematikai számítás elvégzéséhez, amelyet a világ egyik legerősebb szuperszámítógépe 10 szeptillió év alatt sem tudott elvégezni, ami az ismert világegyetem korát meghaladó időtartam. A kvantumszámítás - amely a kvantummechanikának nevezett fizika egyik fajtájának több évtizedes kutatásának eredménye - még mindig kísérleti technológia. A Google eredménye azonban azt mutatja, hogy a tudósok folyamatosan fejlesztik azokat a technikákat, amelyek lehetővé tehetik, hogy a kvantumszámítógépek megfeleljenek azoknak a hatalmas elvárásoknak, amelyek évtizedek óta övezik ezt a nagyszerű ötletet.
„Amikor a kvantumszámítást eredetileg megálmodták, sokan - köztük a terület számos vezetője - úgy vélték, hogy soha nem lesz belőle gyakorlati dolog” - mondta Mikhail Lukin, a Harvard fizikaprofesszora és a QuEra kvantumszámítással foglalkozó startup társalapítója. „Ami az elmúlt évben történt, az azt mutatja, hogy ez már nem sci-fi”. Sok más technológiai óriás, köztük a Microsoft, az Intel és az IBM is hasonló technológiát fejleszt, miközben az Egyesült Államok Kínával versenyez az elsőségért ezen az egyre fontosabbá váló területen. Miközben az Egyesült Államok elsősorban vállalati óriások és startupok révén nyomul előre, a kínai kormány közölte, hogy több mint 15,2 milliárd dollárt pumpál a kvantumkutatásba.
A Google gépe által elvégzett matematikai számítás egy olyan teszt volt, amelyet kizárólag a kvantumszámítástechnika fejlődésének felmérésére terveztek - nem olyan feladat, amely más területeken, például az orvostudományban hasznos lehet. Bár a kutatók úgy vélik, hogy a kvantumszámítógépek egy napon a mai klasszikus gépeket archaikusnak fogják feltüntetni, a technológia még mindig túl sok hibát követ el ahhoz, hogy valóban hasznos legyen. A Google kvantumszámítógépe a hibajavítás egy olyan formáját - a hibák csökkentését - is alkalmazza, amely lehetővé teheti, hogy ez a fajta gép elérje a benne rejlő lehetőségeket. A Nature tudományos folyóiratban ma közzétett kutatási tanulmányában a Google közölte, hogy gépe túllépte a „hibajavítási küszöböt”, egy olyan mérföldkövet, amelyért a tudósok évtizedek óta dolgoznak.
Ez azt jelenti, hogy a kvantumszámítógépek jó úton haladnak egy olyan, még jóval a jövőbe mutató pillanat felé, amikor képesek lesznek túllépni a hibáikon, és olyan számításokat végezni, amelyek felgyorsíthatják a gyógyszerkutatás fejlődését. Emellett feltörhetik a nemzetbiztonság szempontjából létfontosságú számítógépeket védő titkosítást is. "Amit igazán szeretnénk, hogy ezek a gépek olyan alkalmazásokat futtassanak, amelyek valóban érdeklik az embereket” - mondta John Preskill, a Kaliforniai Technológiai Intézet kvantumszámítástechnikára szakosodott elméleti fizikusa. „Bár ez még évtizedekre lehet, de végül látni fogjuk a kvantumszámítógépek hatását a mindennapi életünkre.”
Egy hagyományos számítógép, például egy laptop vagy egy okostelefon szilíciumchipekben tárolja a számokat, és ezeket a számokat manipulálja: összeadja, szorozza és így tovább. Ezeket a számításokat az információ „bitjeinek” feldolgozásával végzi. Minden bit vagy 1-et, vagy 0-t tartalmaz. A kvantumszámítógép azonban ellentmond a józan észnek. Azokra az észbontó módszerekre támaszkodik, amelyekkel egyes tárgyak szubatomi szinten vagy extrém hidegnek kitéve viselkednek, mint például az egzotikus fém, amelyet a Google közel -237 celsius fokra fagyaszt a kvantumszámítógép belsejében.
A kvantumbitek, vagy „qubitek” egészen másképp viselkednek, mint a normál bitek. Egyetlen tárgy egyszerre két különálló tárgyként viselkedhet, ha rendkívül kicsi vagy rendkívül hideg. Ezt a viselkedést kihasználva a tudósok olyan qubitet tudnak építeni, amely az 1 és a 0 kombinációját tartalmazza. Ez azt jelenti, hogy két qubit egyszerre négy értéket tud tárolni. A qubitek számának növekedésével pedig a kvantumszámítógépek teljesítménye exponenciálisan növekszik. A tudósok először az 1980-as években javasoltak ilyen típusú gépet. A qubitek azonban törékenyek, ami azt jelenti, hogy akár csak néhány qubit összefűzése is évekig tartó munkát igényel.
A tudományos, ipari és kormányzati laboratóriumok a legkülönbözőbb technikákat alkalmazták e gépek megépítésére, beleértve a fényrészecskéken vagy az elektromágneses mezőkben csapdába esett apró töltött részecskéken alapuló rendszereket. Az IBM-hez és az Intelhez hasonlóan a Google is „szupravezető qubiteket” épít, amelyekben bizonyos fémeket rendkívül alacsony hőmérsékletre hűtenek. Legújabb szupravezető számítógépével a Google „kvantum szupremáciát” követel magának, ami azt jelenti, hogy olyan feladatokra képes gépet épített, amelyek meghaladják a hagyományos számítógépek képességeit. Ezek a feladatok azonban ezoterikusak. Olyan véletlenszerű számok generálásával járnak, amelyek nem feltétlenül alkalmazhatók gyakorlati alkalmazásokban, például a gyógyszerkutatásban.
A Google és riválisai még mindig azon dolgoznak, amit a tudósok „kvantumelőnynek” neveznek, amikor egy kvantumszámítógép képes felgyorsítani más területek, például a kémia és a mesterséges intelligencia fejlődését, vagy olyan feladatokat ellátni, amelyeket a vállalkozások vagy a fogyasztók hasznosnak találnak. A probléma az, hogy a kvantumszámítógépek még mindig túl sok hibát ejtenek. A tudósok azonban közel három évtizedet töltöttek azzal, hogy olyan - önmagukban is észbontó - technikákat dolgoztak ki, amelyekkel megkerülhető ez a probléma. Most a Google megmutatta, hogy a qubitek számának növelésével exponenciálisan csökkentheti a hibák számát komplex elemzéssel.
A szakértők szerint csak idő kérdése, hogy a kvantumszámítógép elérje a benne rejlő hatalmas lehetőségeket. „Az emberek már nem kételkednek abban, hogy ez meg fog valósulni” - mondta Dr. Lukin. „A kérdés most az: mikor?”
2019-ben a Google kutatócsoportja közölte, hogy olyan gépet építettek, amely képes olyan feladatok elvégzésére, amelyekre a hagyományos szuperszámítógépek nem voltak képesek. Ezt a kvantumszámítógépnek nevezett gépet az informatika fejlődésének fordulópontjaként jellemezték. Néhány tudós vitatta az állítást. Az azóta eltelt években, ahogy a hagyományos szuperszámítógépek egyre nagyobb teljesítményűek lettek, egyre inkább felértek a Google kvantumszámítógépének teljesítményével. De ma a Google bemutatott egy olyan új kvantumszámítógépet, amely véget vethet a hagyományos gépekkel folytatott versenyfutásnak, és amely olyan jövőbe mutat, amelyben a kvantumszámítógépek olyan területeken is előrelépést hozhatnak, mint a gyógyszerkutatás és a mesterséges intelligencia.
A Google szerint a Willow nevű számítógépes chipre épülő kvantumszámítógépének kevesebb mint öt percre volt szüksége egy olyan matematikai számítás elvégzéséhez, amelyet a világ egyik legerősebb szuperszámítógépe 10 szeptillió év alatt sem tudott elvégezni, ami az ismert világegyetem korát meghaladó időtartam. A kvantumszámítás - amely a kvantummechanikának nevezett fizika egyik fajtájának több évtizedes kutatásának eredménye - még mindig kísérleti technológia. A Google eredménye azonban azt mutatja, hogy a tudósok folyamatosan fejlesztik azokat a technikákat, amelyek lehetővé tehetik, hogy a kvantumszámítógépek megfeleljenek azoknak a hatalmas elvárásoknak, amelyek évtizedek óta övezik ezt a nagyszerű ötletet.
„Amikor a kvantumszámítást eredetileg megálmodták, sokan - köztük a terület számos vezetője - úgy vélték, hogy soha nem lesz belőle gyakorlati dolog” - mondta Mikhail Lukin, a Harvard fizikaprofesszora és a QuEra kvantumszámítással foglalkozó startup társalapítója. „Ami az elmúlt évben történt, az azt mutatja, hogy ez már nem sci-fi”. Sok más technológiai óriás, köztük a Microsoft, az Intel és az IBM is hasonló technológiát fejleszt, miközben az Egyesült Államok Kínával versenyez az elsőségért ezen az egyre fontosabbá váló területen. Miközben az Egyesült Államok elsősorban vállalati óriások és startupok révén nyomul előre, a kínai kormány közölte, hogy több mint 15,2 milliárd dollárt pumpál a kvantumkutatásba.
A Google gépe által elvégzett matematikai számítás egy olyan teszt volt, amelyet kizárólag a kvantumszámítástechnika fejlődésének felmérésére terveztek - nem olyan feladat, amely más területeken, például az orvostudományban hasznos lehet. Bár a kutatók úgy vélik, hogy a kvantumszámítógépek egy napon a mai klasszikus gépeket archaikusnak fogják feltüntetni, a technológia még mindig túl sok hibát követ el ahhoz, hogy valóban hasznos legyen. A Google kvantumszámítógépe a hibajavítás egy olyan formáját - a hibák csökkentését - is alkalmazza, amely lehetővé teheti, hogy ez a fajta gép elérje a benne rejlő lehetőségeket. A Nature tudományos folyóiratban ma közzétett kutatási tanulmányában a Google közölte, hogy gépe túllépte a „hibajavítási küszöböt”, egy olyan mérföldkövet, amelyért a tudósok évtizedek óta dolgoznak.
Ez azt jelenti, hogy a kvantumszámítógépek jó úton haladnak egy olyan, még jóval a jövőbe mutató pillanat felé, amikor képesek lesznek túllépni a hibáikon, és olyan számításokat végezni, amelyek felgyorsíthatják a gyógyszerkutatás fejlődését. Emellett feltörhetik a nemzetbiztonság szempontjából létfontosságú számítógépeket védő titkosítást is. "Amit igazán szeretnénk, hogy ezek a gépek olyan alkalmazásokat futtassanak, amelyek valóban érdeklik az embereket” - mondta John Preskill, a Kaliforniai Technológiai Intézet kvantumszámítástechnikára szakosodott elméleti fizikusa. „Bár ez még évtizedekre lehet, de végül látni fogjuk a kvantumszámítógépek hatását a mindennapi életünkre.”
Egy hagyományos számítógép, például egy laptop vagy egy okostelefon szilíciumchipekben tárolja a számokat, és ezeket a számokat manipulálja: összeadja, szorozza és így tovább. Ezeket a számításokat az információ „bitjeinek” feldolgozásával végzi. Minden bit vagy 1-et, vagy 0-t tartalmaz. A kvantumszámítógép azonban ellentmond a józan észnek. Azokra az észbontó módszerekre támaszkodik, amelyekkel egyes tárgyak szubatomi szinten vagy extrém hidegnek kitéve viselkednek, mint például az egzotikus fém, amelyet a Google közel -237 celsius fokra fagyaszt a kvantumszámítógép belsejében.
A kvantumbitek, vagy „qubitek” egészen másképp viselkednek, mint a normál bitek. Egyetlen tárgy egyszerre két különálló tárgyként viselkedhet, ha rendkívül kicsi vagy rendkívül hideg. Ezt a viselkedést kihasználva a tudósok olyan qubitet tudnak építeni, amely az 1 és a 0 kombinációját tartalmazza. Ez azt jelenti, hogy két qubit egyszerre négy értéket tud tárolni. A qubitek számának növekedésével pedig a kvantumszámítógépek teljesítménye exponenciálisan növekszik. A tudósok először az 1980-as években javasoltak ilyen típusú gépet. A qubitek azonban törékenyek, ami azt jelenti, hogy akár csak néhány qubit összefűzése is évekig tartó munkát igényel.
A tudományos, ipari és kormányzati laboratóriumok a legkülönbözőbb technikákat alkalmazták e gépek megépítésére, beleértve a fényrészecskéken vagy az elektromágneses mezőkben csapdába esett apró töltött részecskéken alapuló rendszereket. Az IBM-hez és az Intelhez hasonlóan a Google is „szupravezető qubiteket” épít, amelyekben bizonyos fémeket rendkívül alacsony hőmérsékletre hűtenek. Legújabb szupravezető számítógépével a Google „kvantum szupremáciát” követel magának, ami azt jelenti, hogy olyan feladatokra képes gépet épített, amelyek meghaladják a hagyományos számítógépek képességeit. Ezek a feladatok azonban ezoterikusak. Olyan véletlenszerű számok generálásával járnak, amelyek nem feltétlenül alkalmazhatók gyakorlati alkalmazásokban, például a gyógyszerkutatásban.
A Google és riválisai még mindig azon dolgoznak, amit a tudósok „kvantumelőnynek” neveznek, amikor egy kvantumszámítógép képes felgyorsítani más területek, például a kémia és a mesterséges intelligencia fejlődését, vagy olyan feladatokat ellátni, amelyeket a vállalkozások vagy a fogyasztók hasznosnak találnak. A probléma az, hogy a kvantumszámítógépek még mindig túl sok hibát ejtenek. A tudósok azonban közel három évtizedet töltöttek azzal, hogy olyan - önmagukban is észbontó - technikákat dolgoztak ki, amelyekkel megkerülhető ez a probléma. Most a Google megmutatta, hogy a qubitek számának növelésével exponenciálisan csökkentheti a hibák számát komplex elemzéssel.
A szakértők szerint csak idő kérdése, hogy a kvantumszámítógép elérje a benne rejlő hatalmas lehetőségeket. „Az emberek már nem kételkednek abban, hogy ez meg fog valósulni” - mondta Dr. Lukin. „A kérdés most az: mikor?”