معرفی
در چه مواردی کامپیوترهای کوانتومی از همتایان کلاسیک خود پیشی می گیرند؟ پاسخ دادن به این سوال سخت است، تا حدی به این دلیل که کامپیوترهای کوانتومی امروزی چیزهای پیچیده ای هستند و با خطاهایی دست و پنجه نرم می کنند که می تواند محاسبات آنها را انباشته و خراب کند.
البته با یک معیار، آنها قبلاً این کار را انجام داده اند. در سال 2019، فیزیکدانان در گوگل اعلام کرد که برای دستیابی به آن از یک ماشین 53 کیوبیتی استفاده کردند برتری کوانتومییک نقطه عطف نمادین که نقطهای را نشان میدهد که در آن یک کامپیوتر کوانتومی کاری فراتر از دسترس هر الگوریتم کلاسیک عملی انجام میدهد. مشابه تظاهرات توسط فیزیکدانان دانشگاه علم و صنعت چین به زودی دنبال شد.
اما به جای تمرکز بر یک نتیجه آزمایشی برای یک ماشین خاص، دانشمندان کامپیوتر میخواهند بدانند که آیا الگوریتمهای کلاسیک میتوانند با بزرگتر شدن و بزرگتر شدن رایانههای کوانتومی همگام شوند یا خیر. "امید این است که در نهایت بخش کوانتومی کاملاً از بین برود تا زمانی که دیگر رقابتی وجود نداشته باشد." اسکات آرونسون، دانشمند کامپیوتر در دانشگاه تگزاس، آستین.
پاسخ به این سوال کلی هنوز هم سخت است، باز هم تا حدی به دلیل آن اشتباهات مزاحم. (ماشین های کوانتومی آینده با استفاده از تکنیکی به نام نقص خود را جبران می کنند تصحیح خطای کوانتومی، اما این قابلیت هنوز دور از ذهن است.) آیا می توان حتی با خطاهای اصلاح نشده به مزیت کوانتومی فراری دست یافت؟
اکثر محققان مشکوک بودند که پاسخ منفی است، اما نتوانستند آن را برای همه موارد ثابت کنند. در حال حاضر، در یک مقاله تیمی از دانشمندان کامپیوتر که در سرور پیشچاپ arxiv.org ارسال شده است، گام بزرگی به سوی اثبات جامعی برداشتهاند که تصحیح خطا برای مزیت کوانتومی پایدار در نمونهبرداری تصادفی مدار لازم است - مشکلی سفارشی که گوگل برای نشان دادن برتری کوانتومی از آن استفاده کرد. آنها این کار را با توسعه یک الگوریتم کلاسیک انجام دادند که میتواند آزمایشهای نمونهگیری تصادفی مدار را در صورت وجود خطا شبیهسازی کند.
آرونسون گفت: «این یک نتیجه نظری زیباست.
در آزمایشهای نمونهبرداری مدار تصادفی، محققان با آرایهای از کیوبیتها یا بیتهای کوانتومی شروع میکنند. سپس به طور تصادفی این کیوبیت ها را با عملیاتی به نام دروازه های کوانتومی دستکاری می کنند. برخی از گیت ها باعث درهم تنیدگی جفت کیوبیت ها می شوند، به این معنی که آنها یک حالت کوانتومی دارند و نمی توان آنها را جداگانه توصیف کرد. لایههای مکرر دروازهها، کیوبیتها را به حالت درهم پیچیدهتری میآورند.
برای اطلاع از وضعیت کوانتومی، محققان تمام کیوبیتهای آرایه را اندازهگیری میکنند. این باعث می شود حالت کوانتومی جمعی آنها به یک رشته تصادفی از بیت های معمولی - 0s و 1s - سقوط کند. تعداد نتایج ممکن با تعداد کیوبیتهای آرایه به سرعت افزایش مییابد: با 53 کیوبیت، مانند آزمایش گوگل، نزدیک به 10 کوادریلیون است. و همه رشته ها به یک اندازه محتمل نیستند. نمونه برداری از یک مدار تصادفی به معنای تکرار چنین اندازه گیری ها به دفعات برای ایجاد تصویری از توزیع احتمال زیربنای نتایج است.
مسئله مزیت کوانتومی به سادگی این است: آیا تقلید از آن توزیع احتمال سخت است؟ با الگوریتم کلاسیک که از هیچ درهم تنیدگی استفاده نمی کند؟
در 2019 محققان ثابت که پاسخ برای مدارهای کوانتومی بدون خطا بله است: در واقع شبیهسازی کلاسیک یک آزمایش نمونهگیری تصادفی مدار زمانی که هیچ خطایی وجود ندارد، دشوار است. محققان در چارچوب نظریه پیچیدگی محاسباتی کار کردند که دشواری نسبی مسائل مختلف را طبقه بندی می کند. در این زمینه، محققان تعداد کیوبیتها را یک عدد ثابت مانند 53 نمیدانند. n، که تعدادی است که در حال افزایش است آرام هارو، فیزیکدان موسسه فناوری ماساچوست. «سپس میخواهید بپرسید: آیا ما کارهایی را انجام میدهیم که در آن تلاش به صورت تصاعدی باشد؟ n یا چند جمله ای در n؟" این روش ترجیحی برای طبقه بندی زمان اجرا الگوریتم است - چه زمانی n به اندازه کافی بزرگ می شود، الگوریتمی که در آن نمایی است n از هر الگوریتمی که چند جمله ای در آن است بسیار عقب است n. وقتی نظریهپردازان از مسئلهای صحبت میکنند که برای کامپیوترهای کلاسیک سخت است اما برای کامپیوترهای کوانتومی آسان است، به این تمایز اشاره میکنند: بهترین الگوریتم کلاسیک زمان نمایی میگیرد، در حالی که یک کامپیوتر کوانتومی میتواند مشکل را در زمان چند جملهای حل کند.
با این حال، مقاله 2019 اثرات خطاهای ناشی از دروازه های ناقص را نادیده گرفت. این موضوع مزیت کوانتومی را برای نمونه برداری تصادفی مدار بدون تصحیح خطا باز گذاشت.
اگر تصور میکنید که به طور مداوم تعداد کیوبیتها مانند نظریهپردازان پیچیدگی افزایش مییابد، و همچنین میخواهید خطاها را محاسبه کنید، باید تصمیم بگیرید که آیا به افزودن لایههای بیشتری از گیتها ادامه میدهید یا خیر - همانطور که محققان میگویند عمق مدار را افزایش دهید. فرض کنید با افزایش تعداد کیوبیت ها، عمق مدار را مثلاً در سه لایه نسبتا کم عمق ثابت نگه دارید. درهم تنیدگی زیادی دریافت نخواهید کرد و خروجی همچنان قابل شبیه سازی کلاسیک خواهد بود. از سوی دیگر، اگر عمق مدار را افزایش دهید تا با افزایش تعداد کیوبیت ها همگام شوید، اثرات تجمعی خطاهای گیت، درهم تنیدگی را از بین می برد و خروجی دوباره به صورت کلاسیک آسان می شود.
اما در این بین یک منطقه گلدیلاک قرار دارد. قبل از مقاله جدید، هنوز این احتمال وجود داشت که مزیت کوانتومی بتواند در اینجا زنده بماند، حتی با افزایش تعداد کیوبیت ها. در این حالت با عمق متوسط، با افزایش تعداد کیوبیتها، عمق مدار را بسیار آهسته افزایش میدهید: حتی اگر خروجی بهطور پیوسته در اثر خطاها کاهش پیدا کند، ممکن است شبیهسازی کلاسیک در هر مرحله دشوار باشد.
مقاله جدید این شکاف را می بندد. نویسندگان یک الگوریتم کلاسیک برای شبیهسازی نمونهگیری تصادفی مدار استخراج کردند و ثابت کردند که زمان اجرای آن یک تابع چند جملهای از زمان لازم برای اجرای آزمایش کوانتومی مربوطه است. نتیجه یک ارتباط نظری محکم بین سرعت رویکردهای کلاسیک و کوانتومی برای نمونهبرداری مدار تصادفی ایجاد میکند.
الگوریتم جدید برای یک کلاس عمده از مدارهای با عمق متوسط کار می کند، اما مفروضات اساسی آن برای مدارهای کم عمق تر شکسته می شود و شکاف کوچکی را که در آن روش های شبیه سازی کلاسیک کارآمد ناشناخته است، باقی می گذارد. اما تعداد کمی از محققین امیدوارند که شبیه سازی مدار تصادفی در این پنجره باریک باقیمانده، به سختی شبیه سازی شود. گفت: "من به آن شانس بسیار کمی می دهم." بیل ففرمن، دانشمند کامپیوتر در دانشگاه شیکاگو و یکی از نویسندگان مقاله تئوری 2019.
نتیجه نشان میدهد که نمونهبرداری تصادفی مدار با استانداردهای دقیق نظریه پیچیدگی محاسباتی، مزیت کوانتومی را به همراه نخواهد داشت. در عین حال، این واقعیت را نشان میدهد که الگوریتمهای چندجملهای، که نظریهپردازان پیچیدگی بیتوجه به آنها کارآمد میگویند، در عمل لزوما سریع نیستند. الگوریتم کلاسیک جدید با کاهش نرخ خطا به تدریج کندتر میشود و با نرخ خطای پایینی که در آزمایشهای برتری کوانتومی به دست میآید، بسیار کندتر از آن است که عملی باشد. بدون هیچ خطایی، به طور کلی خراب می شود، بنابراین این نتیجه با چیزی که محققان در مورد سختی شبیه سازی کلاسیک نمونه گیری تصادفی مدار در حالت ایده آل و بدون خطا می دانستند، در تضاد نیست. سرجیو بویکسوفیزیکدانی که تحقیقات برتری کوانتومی گوگل را رهبری میکند، میگوید که او این مقاله را «بیشتر از هر چیز دیگری بهعنوان تأییدی خوب برای نمونهگیری تصادفی مدار میداند».
در یک نکته، همه محققان موافقند: الگوریتم جدید تأکید می کند که تصحیح خطای کوانتومی چقدر برای موفقیت بلندمدت محاسبات کوانتومی بسیار مهم خواهد بود. ففرمن گفت: «در پایان کار، این راه حل است.
یادداشت سردبیر: اسکات آرونسون یکی از اعضای هیئت مشاوران مجله Quanta است.
- محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
- پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
- منبع: https://www.quantamagazine.org/new-algorithm-closes-quantum-supremacy-window-20230109/
- 10
- 2019
- a
- قادر
- درباره ما
- حساب
- رسیدن
- دست
- مزیت - فایده - سود - منفعت
- مشاوره
- هیئت مشاوره
- الگوریتم
- الگوریتم
- معرفی
- قبلا
- و
- پاسخ
- رویکردها
- صف
- نویسندگان
- خوشگل
- زیرا
- شدن
- قبل از
- پشت سر
- بهترین
- میان
- خارج از
- بزرگتر
- تخته
- شکستن
- می شکند
- به ارمغان بیاورد
- ساختن
- محاسبات
- صدا
- نام
- مورد
- موارد
- علت
- ایجاد می شود
- علل
- معین
- شیکاگو
- چین
- کلاس
- طبقه بندی کنید
- بستن
- سقوط - فروپاشی - اضمحلال
- Collective - Dubai Hills Estate
- رقابت
- به طور کامل
- پیچیدگی
- بغرنج
- جامع
- کامپیوتر
- کامپیوتر
- محاسبه
- ارتباط
- ثابت
- به طور مستمر
- متناظر
- میتوانست
- دوره
- بسیار سخت
- روز
- عمق
- نشات گرفته
- شرح داده شده
- در حال توسعه
- DID
- مختلف
- مشکلات مختلف
- مشکل
- توزیع
- نمی کند
- عمل
- آیا
- پایین
- هر
- اثرات
- موثر
- تلاش
- کافی
- به همان اندازه
- خطا
- خطاهای
- حتی
- در نهایت
- تجربه
- نمایی
- خیلی
- FAST
- کمی از
- رشته
- ثابت
- تمرکز
- به دنبال
- چارچوب
- از جانب
- تابع
- آینده
- شکاف
- گیتس
- سوالات عمومی
- دریافت کنید
- دادن
- رفتن
- گوگل
- گوگل
- در حال رشد
- رشد می کند
- سخت
- اینجا کلیک نمایید
- برگزاری
- امید
- چگونه
- HTTPS
- دلخواه
- in
- افزایش
- افزایش
- افزایش
- موسسه
- IT
- نگاه داشتن
- دانستن
- بزرگ
- لایه
- برجسته
- یاد گرفتن
- ترک
- احتمالا
- دراز مدت
- کم
- دستگاه
- ماشین آلات
- عمده
- بسیاری
- ماساچوست
- موسسه تکنولوژی ماساچوست
- معنی
- به معنی
- اندازه
- اندازه گیری
- عضو
- روش
- قدرت
- مرحله مهمی از زندگی
- MIT
- بیش
- طبیعت
- تقریبا
- لزوما
- لازم
- نیاز
- جدید
- عدد
- شانس
- ONE
- باز کن
- عملیات
- عادی
- دیگر
- جفت
- مقاله
- بخش
- ویژه
- تصویر
- گرفتار
- افلاطون
- هوش داده افلاطون
- PlatoData
- نقطه
- امکان
- ممکن
- + نوشته شده در
- عملی
- عملا
- تمرین
- مرجح
- در حال حاضر
- زیبا
- مشکل
- مشکلات
- به تدریج
- اثبات
- ثابت كردن
- ثابت
- کشد
- مجله کوانتاما
- کوانتومی
- مزیت کوانتومی
- کامپیوتر کوانتومی
- کامپیوترهای کوانتومی
- محاسبات کوانتومی
- تصحیح خطای کوانتومی
- برتری کوانتومی
- کیوبیت
- سوال
- تصادفی
- سریعا
- نرخ
- نرخ
- رسیدن به
- واقعی
- با احترام
- نسبتا
- باقی مانده
- مکرر
- ضروری
- تحقیق
- محققان
- نتیجه
- دقیق
- دویدن
- سعید
- همان
- علم
- علم و تکنولوژی
- دانشمند
- دانشمندان
- اسکات آرونسون
- کم عمق
- اشتراک گذاری
- نشان
- طرف
- به سادگی
- شبیه سازی
- کند
- به آرامی
- کوچک
- So
- راه حل
- حل
- برخی از
- چیزی
- سخن گفتن
- خاص
- سرعت
- استانداردهای
- شروع
- دولت
- گام
- هنوز
- موفقیت
- چنین
- حاکی از
- پیش افتادن از
- زنده ماندن
- طول می کشد
- تیم
- پیشرفته
- وابسته به تکزاس
- La
- شان
- نظری
- اشیاء
- سه
- زمان
- بار
- به
- امروز
- هم
- نسبت به
- درمان
- اساسی
- دانشگاه
- دانشگاه شیکاگو
- دانشگاه علم و فناوری چین
- استفاده کنید
- راه
- وب سایت
- چی
- چه
- که
- در حین
- اراده
- در داخل
- بدون
- مشغول به کار
- با این نسخهها کار
- بازده
- شما
- زفیرنت