Sissejuhatus
Millistel konkreetsetel juhtudel ületavad kvantarvutid oma klassikalisi kolleege? Sellele küsimusele on raske vastata, osaliselt seetõttu, et tänapäeva kvantarvutid on peened asjad, mida kimbutavad vead, mis võivad kuhjuda ja nende arvutusi rikkuda.
Ühe mõõdu järgi on nad seda muidugi juba teinud. 2019. aastal Google'i füüsikud teatas et nad kasutasid saavutamiseks 53-kubitist masinat kvantülemus, sümboolne verstapost, mis tähistab punkti, kus kvantarvuti teeb midagi, mis ei ole ühegi praktilise klassikalise algoritmi jõukohane. Sarnane meeleavaldused Peagi järgnes Hiina teaduse ja tehnoloogia ülikooli füüsikud.
Kuid selle asemel, et keskenduda ühe konkreetse masina eksperimentaalsele tulemusele, tahavad arvutiteadlased teada, kas klassikalised algoritmid suudavad sammu pidada, kui kvantarvutid muutuvad üha suuremaks. "Loodame, et lõpuks tõmbab kvantpool täielikult eemale, kuni enam konkurentsi pole," ütles Scott Aaronson, Austini Texase ülikooli arvutiteadlane.
Sellele üldisele küsimusele on endiselt raske vastata, osaliselt nende tüütute vigade tõttu. (Tulevased kvantmasinad kompenseerivad oma puudused tehnikaga, mida nimetatakse kvantvea parandus, kuid see võimalus on veel kaugel.) Kas loodetud kvanteelist on võimalik saada ka parandamata vigade korral?
Enamik teadlasi kahtlustas, et vastus oli eitav, kuid nad ei suutnud seda kõigi juhtumite puhul tõestada. Nüüd, a paber Eeltrükiserverisse arxiv.org postitatud arvutiteadlaste meeskond on astunud suure sammu põhjaliku tõestuse poole, et vigade parandamine on vajalik püsiva kvanteelise saamiseks juhuslikus vooluringi valimimises – see on eritellimusel loodud probleem, mida Google kasutas kvantide ülemvõimu näitamiseks. Nad tegid seda, töötades välja klassikalise algoritmi, mis võib vigade korral simuleerida juhuslikke vooluahela diskreetimiskatseid.
"See on ilus teoreetiline tulemus," ütles Aaronson, rõhutades samas, et uus algoritm pole praktiliselt kasulik Google'i sarnaste reaalsete katsete simuleerimiseks.
Juhusliku vooluringi proovivõtu katsetes alustavad teadlased kubittide või kvantbittide massiiviga. Seejärel manipuleerivad nad neid kubite juhuslikult toimingutega, mida nimetatakse kvantväravateks. Mõned väravad põhjustavad kubitipaaride takerdumist, mis tähendab, et neil on ühine kvantolek ja neid ei saa eraldi kirjeldada. Väravate korduvad kihid viivad kubitid keerulisemasse põimunud olekusse.
Selle kvantseisundi tundmaõppimiseks mõõdavad teadlased seejärel kõiki massiivi kubite. See põhjustab nende kollektiivse kvantoleku kokkuvarisemise tavaliste bittide juhuslikuks stringiks - 0-deks ja 1-deks. Võimalike tulemuste arv kasvab kiiresti koos massiivi kubitide arvuga: 53 kubitiga, nagu Google'i katses, on see peaaegu 10 kvadriljonit. Ja mitte kõik stringid pole võrdselt tõenäolised. Valimi võtmine juhuslikust ahelast tähendab selliste mõõtmiste kordamist mitu korda, et luua pilt tulemuste aluseks olevast tõenäosusjaotusest.
Kvantieelise küsimus on lihtsalt järgmine: kas seda tõenäosusjaotust on raske jäljendada? klassikalise algoritmiga mis ei kasuta mingit takerdumist?
2019is on teadlased tõestatud et vigadeta kvantahelate puhul on vastus jaatav: Tõepoolest on raske klassikaliselt simuleerida juhusliku ahela diskreetimiskatset, kui vigu pole. Teadlased töötasid arvutusliku keerukuse teooria raames, mis liigitab erinevate probleemide suhtelist raskusastet. Selles valdkonnas ei käsitle teadlased kubitite arvu fikseeritud arvuna, näiteks 53. „Mõelge sellele kui n, mis on teatud arv, mis hakkab suurenema, ”ütles Aram Harrow, Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi füüsik. "Siis tahate küsida: kas me teeme asju, kus pingutus on eksponentsiaalne n või polünoom sisse n?” See on eelistatud viis algoritmi käitusaja klassifitseerimiseks – millal n kasvab piisavalt suureks, see on eksponentsiaalne algoritm n jääb kaugele maha kõigist polünoomilistest algoritmidest n. Kui teoreetikud räägivad probleemist, mis on klassikaliste arvutite jaoks raske, kuid kvantarvutite jaoks lihtne, viitavad nad sellele eristusele: parim klassikaline algoritm võtab eksponentsiaalset aega, samas kui kvantarvuti suudab probleemi lahendada polünoomilise aja jooksul.
Kuid see 2019. aasta paber eiras ebatäiuslike väravate põhjustatud vigade mõju. See jättis avatuks juhtumi kvanteelise juhtumist juhusliku vooluringi diskreetide võtmisel ilma veaparanduseta.
Kui kujutate ette kubitide arvu pidevat suurendamist, nagu seda teevad keerukuse teoreetikud, ja soovite ka vigu arvesse võtta, peate otsustama, kas jätkate ka väravate kihtide lisamist – suurendades vooluringi sügavust, nagu teadlased ütlevad. Oletame, et hoiate vooluringi sügavust konstantsena, näiteks suhteliselt madalas kolmes kihis, kui suurendate kubitide arvu. Te ei saa palju takerduda ja väljund on endiselt klassikalise simulatsiooni jaoks kasutatav. Teisest küljest, kui suurendate vooluringi sügavust, et pidada sammu kasvava kubitide arvuga, pesevad väravavigade kumulatiivsed mõjud takerdumise välja ja väljundit on jällegi lihtne klassikaliselt simuleerida.
Kuid vahepeal on Kuldvillaku tsoon. Enne uut paberit oli endiselt võimalus, et kvanteelis säilib siin, isegi kui kubitide arv suureneb. Sellel keskmise sügavusega juhul suurendate vooluringi sügavust äärmiselt aeglaselt, kuna kubitide arv kasvab: kuigi väljund halveneb pidevalt vigade tõttu, võib seda siiski olla raske igal etapil klassikaliselt simuleerida.
Uus paber sulgeb selle lünga. Autorid tuletasid klassikalise algoritmi juhusliku vooluringi valimi võtmise simuleerimiseks ja tõestasid, et selle käitusaeg on polünoomfunktsioon, mis kulub vastava kvanteksperimendi läbiviimiseks. Tulemus loob tiheda teoreetilise seose klassikalise ja kvantmeetodi kiiruse vahel juhusliku vooluringi valimi võtmisel.
Uus algoritm töötab suure klassi keskmise sügavusega ahelate jaoks, kuid selle aluseks olevad eeldused lagunevad teatud madalamate ahelate puhul, jättes väikese tühimiku, kus tõhusad klassikalised simulatsioonimeetodid pole teada. Kuid vähesed teadlased loodavad, et juhuslikku vooluringi proovivõttu on selles allesjäänud õhukeses aknas raske klassikaliselt simuleerida. "Ma annan sellele üsna väikese koefitsiendi," ütles Bill Fefferman, Chicago ülikooli arvutiteadlane ja üks 2019. aasta teooriatöö autoreid.
Tulemus viitab sellele, et arvutusliku keerukuse teooria rangete standardite kohaselt ei anna juhuslik ahela diskreetimine kvanteelist. Samal ajal illustreerib see tõsiasja, et polünoomialgoritmid, mida keerukuse teoreetikud valimatult tõhusateks nimetavad, ei pruugi praktikas olla kiired. Uus klassikaline algoritm muutub veamäära vähenedes järk-järgult aeglasemaks ja kvantülemvõimu katsetes saavutatud madala veamäära juures on see liiga aeglane, et olla praktiline. Ilma vigadeta laguneb see täielikult, nii et see tulemus ei ole vastuolus millegagi, mida teadlased teadsid selle kohta, kui raske on klassikaliselt simuleerida juhuslikku vooluahela diskreetimist ideaalsel ja veavabal juhul. Sergio Boixo, füüsik, kes juhib Google'i kvantülemvõimu uuringuid, ütleb, et ta peab seda paberit "rohkem juhusliku vooluringi valimi võtmise kenaks kinnituseks kui midagi muud."
Ühes punktis on kõik teadlased ühel meelel: uus algoritm rõhutab, kui oluline on kvantvigade korrigeerimine kvantarvutite pikaajalise edu saavutamiseks. "See on päeva lõpuks lahendus," ütles Fefferman.
Toimetaja märkus: Scott Aaronson on Quanta Magazine'i nõuandekogu liige.
- SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
- Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
- Allikas: https://www.quantamagazine.org/new-algorithm-closes-quantum-supremacy-window-20230109/
- 10
- 2019
- a
- Võimalik
- MEIST
- konto
- Saavutada
- saavutada
- ADEelis
- nõuandev
- nõuandev kogu
- algoritm
- algoritme
- Materjal: BPA ja flataatide vaba plastik
- juba
- ja
- vastus
- lähenemisviisid
- Array
- autorid
- ilus
- sest
- muutuma
- enne
- taga
- BEST
- vahel
- Peale
- suurem
- juhatus
- Murdma
- puruneb
- tooma
- ehitama
- arvutused
- helistama
- kutsutud
- juhul
- juhtudel
- Põhjus
- põhjustatud
- põhjuste
- kindel
- chicago
- Hiina
- klass
- Klassifitseerige
- Sulgeb
- Kokkuvarisemine
- Kollektiivne
- konkurents
- täiesti
- keerukus
- keeruline
- terviklik
- arvuti
- arvutid
- arvutustehnika
- ühendus
- pidev
- jätkuvalt
- Vastav
- võiks
- Kursus
- otsustav
- päev
- sügavus
- Tuletatud
- kirjeldatud
- arenev
- DID
- erinev
- erinevaid probleeme
- Raskus
- jaotus
- Ei tee
- teeme
- Ära
- alla
- iga
- mõju
- tõhus
- jõupingutusi
- piisavalt
- Võrdselt
- viga
- vead
- Isegi
- lõpuks
- eksperiment
- eksponentsiaalne
- äärmiselt
- KIIRE
- vähe
- väli
- fikseeritud
- Keskenduma
- Järgneb
- Raamistik
- Alates
- funktsioon
- tulevik
- lõhe
- Gates
- Üldine
- saama
- Andma
- läheb
- Kasvavad
- Kasvab
- Raske
- siin
- omamine
- lootus
- Kuidas
- HTTPS
- ideaalne
- in
- Suurendama
- kasvanud
- kasvav
- Instituut
- IT
- hoidma
- Teadma
- suur
- kihid
- juhtivate
- Õppida
- jätmine
- Tõenäoliselt
- pikaajaline
- Madal
- masin
- masinad
- peamine
- palju
- Massachusetts
- Massachusettsi Tehnoloogiainstituut
- tähendus
- vahendid
- mõõtma
- mõõdud
- liige
- meetodid
- võib
- teetähis
- MIT
- rohkem
- loodus
- peaaegu
- tingimata
- vajalik
- Vajadus
- Uus
- number
- Ennustus
- ONE
- avatud
- Operations
- tavaline
- Muu
- paari
- Paber
- osa
- eriline
- pilt
- vaevatud
- Platon
- Platoni andmete intelligentsus
- PlatoData
- Punkt
- võimalus
- võimalik
- postitanud
- Praktiline
- praktiliselt
- tava
- eelistatud
- esitada
- ilus
- Probleem
- probleeme
- järk-järgult
- tõend
- Tõesta
- tõestatud
- Tõmbab
- Kvantamagazin
- Kvant
- kvanteelis
- Kvantarvuti
- kvantarvutid
- kvantarvutus
- kvantvea parandus
- Kvantülemus
- kubitid
- küsimus
- juhuslik
- kiiresti
- määr
- Rates
- jõudma
- reaalne
- osas
- suhteliselt
- ülejäänud
- korduv
- nõutav
- teadustöö
- Teadlased
- kaasa
- rangelt
- jooks
- Ütlesin
- sama
- teadus
- Teadus ja tehnoloogia
- teadlane
- teadlased
- Scott aaronson
- madal
- Jaga
- näitama
- külg
- lihtsalt
- simuleerimine
- aeglane
- Aeglaselt
- väike
- So
- lahendus
- LAHENDAGE
- mõned
- midagi
- rääkima
- konkreetse
- kiirus
- standardite
- algus
- riik
- Samm
- Veel
- edu
- selline
- Soovitab
- ületama
- ellu jääma
- võtab
- meeskond
- Tehnoloogia
- texas
- .
- oma
- teoreetiline
- asjad
- kolm
- aeg
- korda
- et
- tänane
- liiga
- suunas
- käsitlema
- aluseks
- Ülikool
- University of Chicago
- Hiina teaduse ja tehnoloogia ülikool
- kasutama
- kuidas
- webp
- M
- kas
- mis
- kuigi
- will
- jooksul
- ilma
- töötas
- töötab
- saak
- sa
- sephyrnet