Predstavitev
V katerih konkretnih primerih kvantni računalniki prekašajo svoje klasične primerke? Na to vprašanje je težko odgovoriti, deloma zato, ker so današnji kvantni računalniki zapletene stvari, ki jih pestijo napake, ki se lahko kopičijo in pokvarijo njihove izračune.
Po enem merilu jim je to seveda že uspelo. Leta 2019 so fiziki pri Googlu razglasitve ki so ga dosegli s 53-kubitnim strojem kvantna nadvlada, simboličen mejnik, ki označuje točko, ko kvantni računalnik naredi nekaj, kar presega doseg katerega koli praktičnega klasičnega algoritma. Podobno demonstracije fizikov na Univerzi za znanost in tehnologijo Kitajske je kmalu sledil.
Toda namesto da bi se osredotočili na eksperimentalni rezultat za en določen stroj, računalniški znanstveniki želijo vedeti, ali bodo klasični algoritmi lahko sledili, ko bodo kvantni računalniki vedno večji. "Upamo, da se bo kvantna stran sčasoma popolnoma umaknila, dokler ne bo več konkurence," je dejal Scott Aaronson, računalniški znanstvenik na Univerzi v Teksasu v Austinu.
Na to splošno vprašanje je še vedno težko odgovoriti, deloma tudi zaradi teh nadležnih napak. (Prihodnji kvantni stroji bodo svoje nepopolnosti nadomestili s tehniko, imenovano kvantno odpravljanje napak, vendar je ta zmožnost še zelo oddaljena.) Ali je možno pridobiti pričakovano kvantno prednost, ki jo pričakujemo, tudi z nepopravljenimi napakami?
Večina raziskovalcev je sumila, da je odgovor ne, vendar tega niso mogli dokazati za vse primere. Zdaj, v a papirja objavljeno na strežniku za prednatis arxiv.org, je skupina računalniških znanstvenikov naredila velik korak k izčrpnemu dokazu, da je popravljanje napak potrebno za trajno kvantno prednost pri vzorčenju naključnega vezja – problem po meri, ki ga je Google uporabil za prikaz kvantne premoči. To so storili z razvojem klasičnega algoritma, ki lahko simulira poskuse vzorčenja naključnega vezja, ko so prisotne napake.
"To je čudovit teoretičen rezultat," je dejal Aaronson, medtem ko je poudaril, da novi algoritem ni praktično uporaben za simulacijo resničnih poskusov, kot je Googlov.
Pri poskusih vzorčenja naključnega vezja raziskovalci začnejo z nizom kubitov ali kvantnih bitov. Nato naključno manipulirajo s temi kubiti z operacijami, imenovanimi kvantna vrata. Nekatera vrata povzročijo, da se pari kubitov zapletejo, kar pomeni, da imajo skupno kvantno stanje in jih ni mogoče opisati ločeno. Ponavljajoče se plasti vrat pripeljejo kubite v bolj zapleteno zapleteno stanje.
Da bi izvedeli več o tem kvantnem stanju, raziskovalci nato izmerijo vse kubite v nizu. To povzroči, da se njihovo kolektivno kvantno stanje zruši v naključen niz navadnih bitov - 0 in 1. Število možnih izidov hitro raste s številom kubitov v nizu: s 53 kubiti, kot v Googlovem poskusu, je to skoraj 10 kvadrilijonov. In niso vsi nizi enako verjetni. Vzorčenje iz naključnega vezja pomeni večkratno ponavljanje takšnih meritev, da se ustvari slika porazdelitve verjetnosti, na kateri temeljijo rezultati.
Vprašanje kvantne prednosti je preprosto naslednje: ali je težko posnemati to porazdelitev verjetnosti s klasičnim algoritmom ki ne uporablja nobenega zapletanja?
V 2019, raziskovalci dokazano da je odgovor pritrdilen za kvantna vezja brez napak: res je težko klasično simulirati poskus vzorčenja naključnega vezja, ko ni napak. Raziskovalci so delali v okviru teorije računalniške kompleksnosti, ki klasificira relativno težavnost različnih problemov. Na tem področju raziskovalci ne obravnavajo števila kubitov kot fiksnega števila, kot je 53. »Razmišljajte o tem kot n, kar je neka številka, ki se bo povečala,« je dejal Aram Harrow, fizik na tehnološkem inštitutu Massachusetts. »Potem se želite vprašati: Ali delamo stvari, pri katerih je napor eksponenten n ali polinom v n?" To je najprimernejši način za razvrščanje časa izvajanja algoritma – kdaj n zraste dovolj veliko, algoritem, ki je eksponenten v n močno zaostaja za vsemi algoritmi, ki so polinomski n. Ko teoretiki govorijo o težavi, ki je težka za klasične računalnike, a lahka za kvantne računalnike, se sklicujejo na to razliko: najboljši klasični algoritem potrebuje eksponentni čas, medtem ko lahko kvantni računalnik reši problem v polinomskem času.
Vendar ta dokument iz leta 2019 ni upošteval učinkov napak, ki so jih povzročila nepopolna vrata. To je pustilo odprt primer kvantne prednosti za naključno vzorčenje vezja brez popravka napak.
Če si predstavljate nenehno povečevanje števila kubitov, kot to počnejo teoretiki zapletenosti, in želite upoštevati tudi napake, se morate odločiti, ali boste še naprej dodajali več plasti vrat - povečevali globino vezja, kot pravijo raziskovalci. Recimo, da ohranite konstantno globino vezja na, recimo, relativno plitvih treh plasteh, ko povečate število kubitov. Ne boste imeli veliko zapletov in izhod bo še vedno primeren za klasično simulacijo. Po drugi strani pa, če povečate globino vezja, da sledite naraščajočemu številu kubitov, bodo kumulativni učinki napak na vratih izprali prepletenost in izhod bo spet enostavno klasično simulirati.
Toda vmes je cona Zlatolaske. Pred novim dokumentom je še vedno obstajala možnost, da bi kvantna prednost tukaj preživela, čeprav se je število kubitov povečalo. V tem primeru vmesne globine povečujete globino vezja izredno počasi, ko raste število kubitov: čeprav se bo izhod stalno slabšal zaradi napak, bo morda še vedno težko klasično simulirati na vsakem koraku.
Novi dokument zapira to vrzel. Avtorji so izpeljali klasični algoritem za simulacijo naključnega vzorčenja vezja in dokazali, da je njegov čas delovanja polinomska funkcija časa, potrebnega za izvedbo ustreznega kvantnega eksperimenta. Rezultat kuje tesno teoretično povezavo med hitrostjo klasičnih in kvantnih pristopov k naključnemu vzorčenju vezja.
Novi algoritem deluje za velik razred vmesnih globinskih vezij, vendar se njegove temeljne predpostavke pokvarijo pri nekaterih plitvejših, zaradi česar ostane majhna vrzel, kjer učinkovite klasične metode simulacije niso znane. Toda le malo raziskovalcev upa, da bo naključno vzorčenje vezja težko klasično simulirati v tem preostalem ozkem oknu. "Dajem precej majhne kvote," je rekel Bill Fefferman, računalničar na Univerzi v Chicagu in eden od avtorjev teorijske naloge 2019.
Rezultat nakazuje, da naključno vzorčenje vezja ne bo prineslo kvantne prednosti po strogih standardih teorije računalniške kompleksnosti. Hkrati ponazarja dejstvo, da polinomski algoritmi, ki jih teoretiki kompleksnosti brez razlikovanja imenujejo učinkoviti, v praksi niso nujno hitri. Novi klasični algoritem postaja postopoma počasnejši, ko se stopnja napak zmanjšuje, in pri nizkih stopnjah napak, doseženih v poskusih kvantne nadvlade, je veliko prepočasen, da bi bil praktičen. Brez napak se popolnoma pokvari, tako da ta rezultat ni v nasprotju z ničemer, kar so raziskovalci vedeli o tem, kako težko je klasično simulirati naključno vzorčenje vezja v idealnem primeru brez napak. Sergio Boixo, fizik, ki vodi Googlovo raziskavo kvantne prevlade, pravi, da meni, da je članek "bolj dobra potrditev naključnega vzorčenja tokokrogov kot karkoli drugega."
V eni točki se vsi raziskovalci strinjajo: novi algoritem poudarja, kako ključna bo kvantna korekcija napak za dolgoročni uspeh kvantnega računalništva. "To je na koncu rešitev," je dejal Fefferman.
Opomba urednika: Scott Aaronson je član svetovalnega odbora revije Quanta.
- Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
- Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
- vir: https://www.quantamagazine.org/new-algorithm-closes-quantum-supremacy-window-20230109/
- 10
- 2019
- a
- Sposobna
- O meni
- Račun
- Doseči
- doseže
- Prednost
- svetovanje
- Svetovalni odbor
- algoritem
- algoritmi
- vsi
- že
- in
- odgovor
- pristopi
- Array
- Avtorji
- lepa
- ker
- postanejo
- pred
- zadaj
- BEST
- med
- Poleg
- večji
- svet
- Break
- odmori
- prinašajo
- izgradnjo
- Izračuni
- klic
- se imenuje
- primeru
- primeri
- Vzrok
- povzročilo
- vzroki
- nekatere
- Chicago
- Kitajska
- razred
- Razvrsti
- Zapre se
- Collapse
- Kolektivna
- Tekmovanje
- popolnoma
- kompleksnost
- zapleten
- celovito
- računalnik
- računalniki
- računalništvo
- povezava
- stalna
- stalno
- Ustrezno
- bi
- Tečaj
- ključnega pomena
- dan
- globina
- Izpeljano
- opisano
- razvoju
- DID
- drugačen
- različne težave
- Težavnost
- distribucija
- Ne
- tem
- dont
- navzdol
- vsak
- Učinki
- učinkovite
- prizadevanje
- dovolj
- enako
- Napaka
- napake
- Tudi
- sčasoma
- poskus
- eksponentna
- izredno
- FAST
- Nekaj
- Polje
- Všita
- Osredotočite
- sledili
- Okvirni
- iz
- funkcija
- Prihodnost
- vrzel
- Gates
- splošno
- dobili
- Daj
- dogaja
- Googlova
- Pridelovanje
- raste
- Trdi
- tukaj
- gospodarstvo
- upam,
- Kako
- HTTPS
- idealen
- in
- Povečajte
- povečal
- narašča
- Inštitut
- IT
- Imejte
- Vedite
- velika
- plasti
- vodi
- UČITE
- odhodu
- Verjeten
- dolgoročna
- nizka
- stroj
- Stroji
- velika
- več
- Massachusetts
- Tehnološki inštitut Massachusetts
- kar pomeni,
- pomeni
- merjenje
- meritve
- član
- Metode
- morda
- mejnik
- MIT
- več
- Narava
- skoraj
- nujno
- potrebno
- Nimate
- Novo
- Številka
- Kvota
- ONE
- odprite
- operacije
- redni
- Ostalo
- parov
- Papir
- del
- zlasti
- slika
- mučen
- platon
- Platonova podatkovna inteligenca
- PlatoData
- Točka
- možnost
- mogoče
- objavljene
- Praktično
- praktično
- praksa
- prednostno
- predstaviti
- precej
- problem
- Težave
- postopoma
- dokazilo
- Dokaži
- dokazano
- Potegne
- Quantamagazine
- Kvantna
- kvantna prednost
- Kvantni računalnik
- kvantni računalniki
- kvantno računalništvo
- kvantno odpravljanje napak
- Kvantna premoč
- qubits
- vprašanje
- naključno
- hitro
- Oceniti
- Cene
- dosežejo
- pravo
- pozdrav
- relativno
- Preostalih
- ponovi
- obvezna
- Raziskave
- raziskovalci
- povzroči
- strog
- Run
- Je dejal
- Enako
- Znanost
- Znanost in tehnologija
- Znanstvenik
- Znanstveniki
- scott aaronson
- plitvo
- Delite s prijatelji, znanci, družino in partnerji :-)
- Prikaži
- strani
- preprosto
- Simulacija
- počasi
- Počasi
- majhna
- So
- Rešitev
- SOLVE
- nekaj
- Nekaj
- govorijo
- specifična
- hitrost
- standardi
- Začetek
- Država
- Korak
- Še vedno
- uspeh
- taka
- Predlaga
- preseči
- preživetje
- meni
- skupina
- Tehnologija
- texas
- O
- njihove
- Teoretični
- stvari
- 3
- čas
- krat
- do
- današnje
- tudi
- proti
- zdravljenje
- osnovni
- univerza
- University of Chicago
- Kitajska univerza za znanost in tehnologijo
- uporaba
- načini
- webp
- Kaj
- ali
- ki
- medtem
- bo
- v
- brez
- delal
- deluje
- donos
- Vi
- zefirnet