Naukowcy pracujący dla firmy IBM jako pierwsi byli w stanie zademonstrować przewagę kwantową nowego typu komputera w prawdziwym eksperymencie. Do tej pory wszystkie rozważania na temat, że komputer kwantowy ma przewagę nad klasycznymi urządzeniami, były tylko teoretyczne. Badacze przeprowadzili eksperyment, który był to w stanie udowodnić – choć na razie tylko w miniaturowej skali.
Zespół pracujący nad kwantowym komputerem postanowił odkryć czy dzisiejsze urządzenia tego typu, pomimo swoich ograniczeń, można już wykorzystać do wykonania zadań, których klasyczne komputery nie są w stanie wykonać.
Komputer kwantowy i klasyczny – pojedynek w mikroskali
Ponieważ komputery kwantowe ciągle są jeszcze w powijakach, naukowcy wyrównali szanse między tymi dwiema metodami. Zaprojektowali mikroskopowy eksperyment z ograniczoną przestrzenią, czyli ograniczoną ilością dostępnej pamięci.
Zbudowano dwa obwody o ograniczonej przestrzeni, jeden kwantowy i jeden klasyczny, z tylko jednym bitem lub kubitem dostępnym do obliczeń i przechowywania wyników. Zadanie zaprogramowane w układach polegało na znalezieniu większości z trzech bitów wejściowych. Następnie wynik miał wynieść zero, jeśli więcej niż połowa bitów to zero, lub jeden, jeśli więcej niż połowa bitów to jeden.
Zdaniem naukowców zaprojektowane ograniczenia umożliwiły rzetelne porównanie mocy przestrzeni klasycznej i kwantowej podczas przeprowadzania obliczeń. Zespół kwantowy IBM napisał na swoim blogu, że „dzięki naszym badaniom zajmujemy się bardzo prostym pytaniem. W jaki sposób moc obliczeniowa różni się, gdy komputer ma dostęp do klasycznej architektury w porównaniu z kwantową?”.
Naukowcy twierdzą, że wyposażony w pojedynczy bit do obliczeń i przechowywania, klasyczny system nie jest w stanie uruchomić algorytmu. Nawet przy zwiększeniu możliwości obliczeniowych systemu przez dodanie tak zwanych losowych bramek logicznych, klasyczny komputer odniósł sukces tylko w 87,5% przypadków. Z drugiej strony urządzenia kwantowe spisywały się lepiej. Doskonały, pozbawiony obecnych błędów młodości komputer kwantowy powinien odnieść sukces w 100% przypadków.
Dzieje się tak, ponieważ w przeciwieństwie do klasycznych bitów, które mogą reprezentować 1 lub 0, kubity mogą przyjmować kombinację różnych stanów jednocześnie. To oznacza, że mają dostęp do większej przestrzeni. Innymi słowy, przestrzeń kwantowa jest cenniejsza niż przestrzeń klasyczna.
Teoria ta jednak wciąż nie ma wiele wspólnego z rzeczywistością. Obecne komputery kwantowe są nadal zbyt niedoskonałe, aby osiągnąć najlepsze wyniki przedstawione przez naukowców. Jednak podczas przeprowadzania eksperymentu w rzeczywistości, z obwodami skalibrowanymi w celu wydajniejszego uruchamiania programu, zespół IBM nadal zaobserwował wskaźnik sukcesu na poziomie 93%. To więcej niż można było osiągnąć dzięki klasycznej architekturze.
Współczesny, niedoskonały komputer kwantowy może być lepszy od klasycznego urządzenia
Naukowcy wykazali, że „kubity, nawet dzisiejsze niedoskonałe kubity, oferują większą wartość niż bity, jako nośnik pamięci podczas obliczeń”. Oznacza to, że nawet dzisiejsze, pełne niedoróbek komputery kwantowe, mogą zapewnić lepszą wydajność w rozwiązaniu problemów niż teoretyczna maksymalna wydajność klasycznego urządzenia. To sugeruje, że wraz z rozwojem technologii kwantowej, przepaść w porównaniu wydajności z klasycznymi urządzeniami, będzie się tylko powiększać. W tym miejscu warto wspomnieć o osiągnięciach i planach konkurencji. Pisaliśmy o tym na naszym blogu w tekście „Do 2029 roku ma powstać w pełni funkcjonalny komputer kwantowy.
W miarę ulepszania sprzętu kwantowego oczekuje się, że te eksperymentalne weryfikacje będą dotyczyć coraz większej ilości bitów. Firma niedawno przedstawiła kwantową mapę drogową na najbliższe kilka lat. Do 2023 ma powstać system komputerowy złożony z 1121 kubitów. W dłuższej perspektywie mówimy o komputerach obsługujących ponad milion kubitów na raz.
Na naszym blogu wielokrotnie zajmowaliśmy się podobną tematyką, zapraszamy do lektury na przykład tekstu „Polska sieć neuronowa, czyli wykorzystanie światła w obliczeniach sztucznej inteligencji”.
Źródło: ZDNet.com i research.ibm.com