Giriş
Kuantum bilgisayarlar hangi özel durumlarda klasik muadillerini geride bırakıyor? Bu, kısmen, günümüzün kuantum bilgisayarlarının birikebilecek ve hesaplamalarını bozabilecek hatalarla boğuşan titiz şeyler olmasından dolayı, yanıtlanması zor bir soru.
Bir ölçüye göre, elbette, bunu zaten yaptılar. 2019'da Google'daki fizikçiler açıkladı elde etmek için 53 kübitlik bir makine kullandıklarını kuantum üstünlüğü, bir kuantum bilgisayarın herhangi bir pratik klasik algoritmanın ulaşamayacağı bir şey yaptığı noktayı işaret eden sembolik bir dönüm noktası. Benzer gösteriler Bunu kısa süre sonra Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'ndeki fizikçiler izledi.
Ancak bilgisayar bilimcileri, belirli bir makine için deneysel bir sonuca odaklanmak yerine, klasik algoritmaların, kuantum bilgisayarları gittikçe büyüdükçe ayak uydurup uyduramayacağını bilmek istiyor. "Umut, sonunda kuantum tarafının artık rekabet kalmayana kadar tamamen çekilmesidir" dedi. Scott Aaronson, Austin Texas Üniversitesi'nde bir bilgisayar bilimcisi.
Bu genel soruyu cevaplamak, yine kısmen sinir bozucu hatalar yüzünden hala zor. (Geleceğin kuantum makineleri kusurlarını, adı verilen bir teknik kullanarak telafi edecek. kuantum hata düzeltmesi, ancak bu yetenek hala çok uzakta.) Düzeltilmemiş hatalarla bile umulan kaçak kuantum avantajını elde etmek mümkün mü?
Çoğu araştırmacı cevabın hayır olduğundan şüpheleniyordu, ancak bunu tüm vakalar için kanıtlayamadılar. Şimdi, bir kâğıt ön baskı sunucusu arxiv.org'da yayınlanan bir bilgisayar bilimci ekibi, Google'ın kuantum üstünlüğünü göstermek için kullandığı ısmarlama problem olan rastgele devre örneklemede kalıcı bir kuantum avantajı için hata düzeltmenin gerekli olduğuna dair kapsamlı bir kanıta doğru büyük bir adım attı. Bunu, hatalar mevcut olduğunda rastgele devre örnekleme deneylerini simüle edebilen klasik bir algoritma geliştirerek yaptılar.
Aaronson, yeni algoritmanın Google'ınki gibi gerçek deneyleri simüle etmek için pratik olarak yararlı olmadığını vurgularken, "Bu güzel bir teorik sonuç," dedi.
Rastgele devre örnekleme deneylerinde, araştırmacılar bir dizi kübit veya kuantum biti ile başlar. Daha sonra kuantum kapıları adı verilen işlemlerle bu kübitleri rastgele manipüle ederler. Bazı kapılar, kübit çiftlerinin birbirine karışmasına neden olur, yani bir kuantum durumunu paylaşırlar ve ayrı ayrı tanımlanamazlar. Tekrarlanan kapı katmanları, kübitleri daha karmaşık bir dolaşık duruma getirir.
Bu kuantum durumu hakkında bilgi edinmek için araştırmacılar dizideki tüm kübitleri ölçer. Bu, toplu kuantum durumlarının rastgele bir sıradan bit dizisine - 0'lar ve 1'ler - çökmesine neden olur. Olası sonuçların sayısı dizideki kübit sayısıyla birlikte hızla artıyor: Google'ın deneyinde olduğu gibi 53 kübit ile yaklaşık 10 katrilyon. Ve tüm dizeler eşit derecede olası değildir. Rastgele bir devreden örnekleme, sonuçların altında yatan olasılık dağılımının bir resmini oluşturmak için bu tür ölçümlerin birçok kez tekrarlanması anlamına gelir.
Kuantum avantajı sorusu basitçe şudur: Bu olasılık dağılımını taklit etmek zor mu? klasik bir algoritma ile bu herhangi bir dolaşıklık kullanmıyor mu?
2019’te araştırmacılar kanıtladı hatasız kuantum devreleri için cevabın evet olduğu: Hiç hata olmadığında bir rasgele devre örnekleme deneyini klasik olarak simüle etmek gerçekten zordur. Araştırmacılar, farklı problemlerin göreceli zorluklarını sınıflandıran hesaplamalı karmaşıklık teorisi çerçevesinde çalıştılar. Bu alanda araştırmacılar kübit sayısını 53 gibi sabit bir sayı olarak ele almıyorlar. n, bu artacak bir sayı," dedi Aram Tırmık, Massachusetts Institute of Technology'de bir fizikçi. "O zaman şunu sormak istersiniz: Çabanın üstel olduğu şeyler mi yapıyoruz? n veya polinom içinde n?” Bu, bir algoritmanın çalışma zamanını sınıflandırmanın tercih edilen yoludur — ne zaman n yeterince büyür, üstel olan bir algoritma n polinom olan herhangi bir algoritmanın çok gerisinde kalıyor n. Teorisyenler, klasik bilgisayarlar için zor, kuantum bilgisayarlar için kolay bir problemden bahsettiklerinde, şu ayrıma atıfta bulunurlar: En iyi klasik algoritma üstel zaman alırken, kuantum bilgisayar problemi polinom zamanında çözebilir.
Yine de bu 2019 makalesi, kusurlu kapıların neden olduğu hataların etkilerini görmezden geldi. Bu, hata düzeltmesi olmadan rastgele devre örneklemesi için bir kuantum avantajı durumunu açık bıraktı.
Karmaşıklık teorisyenlerinin yaptığı gibi kübit sayısını sürekli olarak artırdığınızı hayal ediyorsanız ve aynı zamanda hataları da hesaba katmak istiyorsanız, araştırmacıların söylediği gibi devre derinliğini artırarak daha fazla kapı katmanı eklemeye devam edip etmeyeceğinize karar vermeniz gerekir. Qubit sayısını artırdıkça, devre derinliğini nispeten sığ üç katmanda sabit tuttuğunuzu varsayalım. Çok fazla dolaşma olmayacak ve çıktı yine de klasik simülasyona uygun olacak. Öte yandan, artan kübit sayısına ayak uydurmak için devre derinliğini artırırsanız, geçit hatalarının kümülatif etkileri karışıklığı ortadan kaldıracak ve çıktının klasik olarak simüle edilmesi yeniden kolaylaşacaktır.
Ancak arada bir Goldilocks bölgesi var. Yeni makaleden önce, kübit sayısı artsa bile kuantum avantajının burada hayatta kalması hâlâ bir olasılıktı. Bu orta derinlikli durumda, kübit sayısı arttıkça devre derinliğini son derece yavaş bir şekilde artırırsınız: Çıktı, hatalardan dolayı sürekli olarak düşecek olsa da, her adımda klasik olarak simüle etmek yine de zor olabilir.
Yeni kağıt bu boşluğu kapatıyor. Yazarlar, rasgele devre örneklemesini simüle etmek için klasik bir algoritma türettiler ve çalışma zamanının, karşılık gelen kuantum deneyini çalıştırmak için gereken sürenin polinom fonksiyonu olduğunu kanıtladılar. Sonuç, rastgele devre örneklemeye klasik ve kuantum yaklaşımlarının hızı arasında sıkı bir teorik bağlantı kurar.
Yeni algoritma, orta derinlikteki devrelerin büyük bir sınıfı için çalışıyor, ancak temel varsayımları, daha sığ olanlar için geçerliliğini yitiriyor ve verimli klasik simülasyon yöntemlerinin bilinmediği yerlerde küçük bir boşluk bırakıyor. Ancak çok az araştırmacı, rastgele devre örneklemenin bu kalan ince pencerede klasik olarak simüle edilmesinin zor olacağını umuyor. "Oldukça küçük ihtimaller veriyorum," dedi Bill Fefferman, Chicago Üniversitesi'nde bir bilgisayar bilimcisi ve 2019 teori makalesinin yazarlarından biri.
Sonuç, rastgele devre örneklemesinin, hesaplama karmaşıklığı teorisinin titiz standartlarına göre bir kuantum avantajı sağlamayacağını göstermektedir. Aynı zamanda, karmaşıklık teorisyenlerinin ayrım gözetmeksizin verimli olarak adlandırdığı polinom algoritmalarının pratikte mutlaka hızlı olmadığı gerçeğini de gösteriyor. Yeni klasik algoritma, hata oranı düştükçe kademeli olarak yavaşlar ve kuantum üstünlüğü deneylerinde elde edilen düşük hata oranlarında, pratik olamayacak kadar yavaştır. Hiçbir hata olmadan tamamen bozulur, dolayısıyla bu sonuç, araştırmacıların, ideal, hatasız durumda rasgele devre örneklemesini klasik olarak simüle etmenin ne kadar zor olduğu hakkında bildikleriyle çelişmez. Sergio BoixoGoogle'ın kuantum üstünlüğü araştırmasına öncülük eden fizikçi, makaleyi "her şeyden çok rastgele devre örneklemesinin güzel bir teyidi" olarak gördüğünü söylüyor.
Tüm araştırmacılar bir noktada hemfikir: Yeni algoritma, kuantum hesaplamanın uzun vadeli başarısı için kuantum hata düzeltmesinin ne kadar önemli olduğunun altını çiziyor. Fefferman, "Günün sonunda çözüm bu," dedi.
Editörün notu: Scott Aaronson, Quanta Magazine Danışma Kurulu üyesidir.
- SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
- Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
- Kaynak: https://www.quantamagazine.org/new-algorithm-closes-quantum-supremacy-window-20230109/
- 10
- 2019
- a
- Yapabilmek
- Hakkımızda
- Hesap
- Başarmak
- elde
- avantaj
- danışma
- danışma kurulu
- algoritma
- algoritmalar
- Türkiye
- zaten
- ve
- cevap
- yaklaşımlar
- Dizi
- Yazarlar
- güzel
- Çünkü
- müşterimiz
- önce
- arkasında
- İYİ
- arasında
- Ötesinde
- büyük
- yazı tahtası
- mola
- sonları
- getirmek
- inşa etmek
- hesaplamalar
- çağrı
- denilen
- dava
- durumlarda
- Sebeb olmak
- neden
- nedenleri
- belli
- Chicago
- Çin
- sınıf
- sınıflandırmak
- Kapatır
- Çöküş
- Toplu
- rekabet
- tamamen
- karmaşıklık
- karmaşık
- kapsamlı
- bilgisayar
- bilgisayarlar
- bilgisayar
- bağ
- sabit
- sürekli olarak
- uyan
- olabilir
- Kurs
- çok önemli
- gün
- derinlik
- Türetilmiş
- tarif edilen
- gelişen
- DID
- farklı
- farklı problemler
- Zorluk
- dağıtım
- Değil
- yapıyor
- Dont
- aşağı
- her
- etkileri
- verimli
- çaba
- yeterli
- eşit olarak
- hata
- Hatalar
- Hatta
- sonunda
- deneme
- üstel
- son derece
- HIZLI
- az
- alan
- sabit
- odak
- takip
- iskelet
- itibaren
- işlev
- gelecek
- boşluk
- Gates,
- genel
- almak
- Vermek
- gidiş
- Google'ın
- Büyüyen
- Büyür
- Zor
- okuyun
- tutma
- umut
- Ne kadar
- HTTPS
- ideal
- in
- Artırmak
- artmış
- artan
- Enstitü
- IT
- tutmak
- Bilmek
- büyük
- katmanları
- önemli
- ÖĞRENİN
- ayrılma
- Muhtemelen
- uzun süreli
- Düşük
- makine
- Makineler
- büyük
- çok
- massachusetts
- Massachusetts Teknoloji Enstitüsü
- anlam
- anlamına geliyor
- ölçmek
- ölçümler
- üye
- yöntemleri
- olabilir
- kilometre taşı
- İLE
- Daha
- Tabiat
- neredeyse
- zorunlu olarak
- gerekli
- gerek
- yeni
- numara
- Olasılık
- ONE
- açık
- Operasyon
- sıradan
- Diğer
- çiftleri
- kâğıt
- Bölüm
- belirli
- resim
- boğulmuş
- Platon
- Plato Veri Zekası
- PlatoVeri
- Nokta
- olasılık
- mümkün
- posted
- Pratik
- pratikte
- uygulama
- tercihli
- mevcut
- güzel
- Sorun
- sorunlar
- aşamalı olarak
- kanıt
- Kanıtlamak
- kanıtladı
- Çekiyor
- Quanta dergisi
- Kuantum
- kuantum avantajı
- Kuantum Bilgisayar
- kuantum bilgisayarlar
- kuantum hesaplama
- kuantum hata düzeltmesi
- Kuantum Üstünlüğü
- qubits
- soru
- rasgele
- hızla
- oran
- oranlar
- ulaşmak
- gerçek
- Saygılarımızla
- Nispeten
- kalan
- tekrarlanan
- gereklidir
- araştırma
- Araştırmacılar
- sonuç
- titiz
- koşmak
- Adı geçen
- aynı
- Bilim
- Bilim ve Teknoloji
- bilim adamı
- bilim adamları
- scott harunson
- sığ
- paylaş
- şov
- yan
- sadece
- simülasyon
- yavaş
- Yavaş yavaş
- küçük
- So
- çözüm
- ÇÖZMEK
- biraz
- bir şey
- konuşmak
- özel
- hız
- standartlar
- başlama
- Eyalet
- adım
- Yine
- başarı
- böyle
- Önerdi
- aşmak
- hayatta kalmak
- alır
- takım
- Teknoloji
- Teksas
- The
- ve bazı Asya
- teorik
- işler
- üç
- zaman
- zamanlar
- için
- bugünkü
- çok
- karşı
- tedavi etmek
- altında yatan
- üniversite
- Chicago Üniversitesi
- Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi
- kullanım
- yolları
- webp
- Ne
- olup olmadığını
- hangi
- süre
- irade
- içinde
- olmadan
- işlenmiş
- çalışır
- Yol ver
- Sen
- zefirnet