Ära des Quants ist EDV hier Ausblick

Autor: Philip Ball
Philip Ball
Wissenschaft
02.04.18
07:00 sind
Die Ära des Quants ist EDV hier. Ausblick: Bedeckt

Quantencomputer müssen das Problem des Lärms behandeln, der schnell jedes calculation.Josef Bsharah für Quanta Zeitschrift zum Entgleisen bringen kann

Nach Jahrzehnten des schweren wuchtigen Schlags mit keinen Aussichten des Erfolgs summt Quanten-EDV plötzlich vor fast fiebrigen Aufregung und Aktivität. Vor fast zwei Jahren stellte IBM einen für die Welt verfügbaren Quantencomputer her: das 5 Quantenstück (quantenmechanisches Bit) Ressourcen sie nennen (etwas ungünstig) jetzt die IBM Q Erfahrung. Das schien mehr wie ein Spielzeug für Forscher als eine Art, jede ernste krachende Nummer fertig zu machen. Aber 70,000 Benutzer haben sich weltweit für sie angemeldet, und die quantenmechanische Bitzählung in diesen Ressourcen hat sich jetzt vervierfacht. In den letzten Monaten haben IBM und Intel angekündigt, dass sie Quantencomputer mit 50 und 49 quantenmechanischen Bits beziehungsweise hergestellt haben, und es wird angenommen, dass Google eins hat, wenn sie in den Flügeln wartet. "Es gibt viel Energie in der Gemeinschaft und der neue Fortschritt, der immens ist", sagte Physiker Jens Eisert über die freie Universität von Berlin.
Quanta Zeitschrift

Herum
Originalgeschichte druckte mit Erlaubnis von Quanta Zeitschrift nach, eine redaktionell unabhängige Veröffentlichung des Simons Foundations, deren Auftrag öffentliches Wissenschaftsverständnis durch Abdecken der Forschungsentwicklungen und Trends in Mathematik und der ärztlichen Untersuchungs- und Lebenswissenschaften verbessern soll.
Es gibt jetzt Rede über bevorstehende "Quantensouveränität": der Moment ist, wenn ein Quantencomputer eine Aufgabe über das Mittel von heute ausführen kann, am besten klassische Supercomputer. Es könnte sein, dass das absurd klingt, wenn Sie die bloßen Nummern vergleichen: 50 quantenmechanische Bits gegen die Milliarden von klassischen Stücken in Ihrem Laptop. Aber der Clou der Quanten-EDV ist, dass ein Quantenstück für viel viel mehr als ein klassisches Stück zählt. Fünfzig quantenmechanische Bits ist lang gewesen berücksichtigt die ungefähre Nummer an welchem berechnenden Quant wird zu Berechnungen, die eine unausführbar lange Zeit klassisch brauchen würden, fähig. Auf halbem Weg durch 2017 kündigten Forscher bei Google an, dass sie hofften, Quantensouveränität durch das Ende des year. (Als er bedrängt für eine Aktualisierung war, sagte das ein Sprecher vor kurzem " wir hoffen, zu geben, dass resultieren, sobald wir können, bekannt, aber wir sind Durchsicht der ganzen Kleinarbeit, um sicherzustellen, dass wir ein festes Ergebnis haben, wir announce")s demonstriert zu haben
Er wäre verführerisch, aus allem diesen zu schließen, dass die Grundprobleme im Prinzip gelöst sind, und der Pfad zu einer Zukunft allgegenwärtiger Quanten-EDV ist jetzt nur eine Angelegenheit als Ingenieur zu arbeiten. Aber das wäre ein Fehler. Die Grundphysik von Quanten-EDV ist weit entfernt, gelöst, von ihrer Durchführung und kann nicht bereitwillig befreit werden von ihr.
Selbst wenn wir bald am Quantensouveränitätsmeilenstein vorbeigehen, könnten das nächste Jahr oder die zwei die Echtknirschzeit dafür sein, ob Quantencomputer EDV revolutionieren. Es gibt immer noch alles, um dafür zu spielen, und keine Garantie, das große Ziel zu erreichen.

IBM Quantenrechenzentrum am Thomas J. Watson Forschungszentrum in Yorktown Heights, New York fasst Quantencomputer in großen Kryogentanks (weit rechts stehend), die zu einem Bruchteil eines Grads abgekühlt sind über absolutem zero. Connie Zhou für IBM
Schweigen Sie und berechnen Sie
Sowohl die Nutzen als auch die Herausforderungen der Quanten-EDV sind inhärent in der Physik, die sie erlaubt. Der Grundgeschichte ist oft, doch nicht immer mit der Nuance gesagt worden, dass Quantenmechanik fordert. Klassische Computer kodieren und manipulieren Information als Ketten von Binärzeichen -1 oder 0. Quantum Stücke tun dieselbe, außer dem können sie in eine so genannte Überlagerung von den Staaten 1 und 0 gestellt werden, welches bedeutet, dass eine Messung vom Zustand des quantenmechanischen Bits die Antwort 1 oder 0 mit irgendeiner wohldefinierten Wahrscheinlichkeit entlocken konnte.
Um eine Berechnung mit vielen solchen quantenmechanischen Bits auszuführen, müssen sie alle ausdauernd in voneinander abhängigen Überlagerungen von Staaten sein-ein "quantenschlüssiger" Staat, in welchem sollen die quantenmechanischen Bits verfangen werden. Dieser Weg, ein kneifen zu eins quantenmechanisches Bit kann alle beeinflussen die anderen. Dies bedeutet, dass irgendwie Computeroperationen an quantenmechanischen Bits mehr als sie für klassische Stücke tun zählen. Die Computerressourcenzunahme von einfachem Verhältnis zur Anzahl von Stücken für ein klassisches Gerät, aber dem Hinzufügen eines zusätzlichen quantenmechanischen Bits verdoppelt die Ressourcen eines Quantencomputers potentiell. Dies ist, warum der Unterschied zwischen einem 5 quantenmechanischen Bit und einer quantenmechanischen 50 Bitmaschine so bedeutsam ist.
Bemerken Sie, dass ich nicht gesagt habe, - da es oft gesagt ist-dass ein Quantencomputer einen Vorteil hat, weil die Verfügbarkeit von Überlagerungen die Anzahl von Staaten ungeheuer steigert, die es kodieren kann, verglichen mit klassischen Stücken. Noch habe ich gesagt, dass Verwicklung vielen Berechnungen erlaubt, in parallel. (Wirklich ist ein starker Grad quantenmechanische Bitverwicklung nicht wesentlich.) dort ausgeführt zu werden, ist ein Element der Wahrheit in jenen Beschreibungen-etwas von der Zeit, aber keines schlägt die Essenz von Quanten-EDV.

In einer von IBM telegraphierten Kälteregler für ein quantenmechanisches 50 Bitquant system. Connie Zhou für IBM
Sie ist schwer, qualitativ zu sagen, warum Quanten-EDV so mächtig ist, genau weil sie schwer ist, anzugeben, welche Quantenmechanik überhaupt bedeutet. Die Gleichungen der Quantentheorie zeigen sicher, dass sie funktioniert: das mindestens für einige Klassen der Berechnung wie Faktorenzerlegungs- oder Datenbanksuchen, es gibt ungeheure Beschleunigung von der Berechnung. Aber wie genau?
Vielleicht ist die sicherste Art, Quanten-EDV zu beschreiben, zu sagen, dass Quantenmechanik irgendwie eine "Ressource" für Berechnung schafft, die zu klassischen Geräten nicht verfügbar ist. Als Quantentheoretiker Daniel Gottesman vom Grenzinstitut in Waterloo, Canada platzieren Sie sie, ", wenn Sie genug in irgendeinem Sinn verfügbare Quantenmechanik haben, dann Sie haben Beschleunigung, und wenn nicht Sie tun es nicht."