En ion chainImage: Christopher Monroe (University of Maryland)
En oppstart basert i Maryland har lansert og testet en imponerende ny quantum datamaskin som demonstrerer kraften av en tidvis oversett quantum computing arkitektur.
Selskaper som IBM, Google, og Rigetti er å utvikle nye typer pc-prosessorer som er avhengige av matematikk av subatomære partikler til potensielt utføre beregninger vanskelig for klassisk datamaskiner å gjøre. Disse enhetene bruker superledere som grunnlag for sine qubits. Et selskap som heter IonQ, men har nå annonsert en state-of-the-art system som baserer seg på quantum arten av atomer seg selv, og det er en av de best resultater kvante-datamaskiner ennå.
Hvor mange qubits, eller quantum biter, har den? Vel, i disse dager, qubit teller er en misvisende tall for å forstå hvor kraftig en kvante-maskin er. Det handler mer om hvor godt de qubits er.
“Hvis du ser på raw gate teller eller qubit tall eller fidelity, det forteller ikke hele historien,” sa Christopher Monroe, IonQ s co-grunnlegger og daglig leder, og en fysikk professor ved University of Maryland. “Det vi prøver å presse på, er ideen om at det å ha standard metrics,” som algoritmen ytelse, er mer nyttig for å sammenligne kvante-datamaskiner.
Kvante-datamaskiner’ kraften kommer fra hvordan de forenkle problemene i qubits, snarere enn den biter som brukes i klassisk computing. Både qubits og biter er to state-systemer, som brytere som kan settes til enten “null” eller “én”. Men under beregningen, qubits er både en liten bit null og en liten bit, og kan komplisere, tar på kombinert landene slik at man ikke kan beskrives uten den andre (tenk, for to qubits, de kan være litt null-null, en liten bit null-en, som er litt en-null, og litt i ett-en). Når beregningen er fullført, qubits tilbake nuller og enere på samme måte som vanlige bits, men regnestykket som fikk dem er det kanskje en dag har kraftige programmer i maskinlæring, modellering molekyler for stoffet utvikling, eller cybersecurity.
Dette er hvordan kvante-datamaskiner fungerer i teorien, men å bygge en virkelig funksjonell maskin er en utfordring fordi qubits raskt miste sin quantum natur grunn til å nudges fra det ytre miljø. Nøkkelen til å bygge en slik enhet er å finne en quantum system som kan fungere som qubit. IBM, Google, og Rigetti har alle brukt den oppførsel av elektroner som strømmer gjennom superledende wire for å lage en to-state-quantum-systemet. Andre, som IonQ, i stedet bruke atomer seg selv, hvor hver qubit er en individuell atom holdes på plass av lasere, de to qubit stater er et par av elektron energi nivåer, og qubits er kontrollert og målt med spesiell laser pulser.
IonQ rapporter som sin maskin kan være bygget så stor som 160 qubits, men det har bare utføres regneoperasjoner, eller “porter”, på 79 qubits. Dette betyr ikke mye. I stedet, det er viktig å merke seg at det er ett – og to-qubit gate fidelities er 99.97% og 99 prosent—dette betyr bare at hvis du prøver å utføre en beregning på ett eller to qubits, returnerer datamaskinen en forventet resultat for de fleste, men ikke alle, den tid.
Forskerne kjørte en algoritme som lettelse opp på 11 av qubits, kalt Bernstein-Vazirani algoritmen, som returnerte den forventede verdien 73 prosent av tiden. En vanlig datamaskin simulere en kvante-maskin fullført denne algoritmen bare 0,2 prosent av tiden—en forelesning fra University of Texas professor Scott Aaronson forklart at dette er en algoritme utviklet “rundt hva en kvante-maskin ville være i stand til å gjøre.”
Nå, har du sannsynligvis ønsker å vite om dette er “god”. I en kontekst, er det veldig bra, kanskje bedre enn noen quantum datamaskinen rundt, Sydney Schreppler, en postdoktorstipendiat i fysikk ved University of California, Berkeley, fortalte Gizmodo. “Du kan sammenligne IonQ rapport av 11. fullt koblet qubits med >99 prosent to-qubit gate troskap til gjennomsnittlig fidelities i midten av 80-tallet til midten av 90-tallet for kommersielle superledende chips med samme qubit tall,” sa hun, og siterer en fersk Quantum Computing Rapportere innlegget.
Og i motsetning til konkurrentene, IonQ er qubits er ordentlig koblet til, i utgangspunktet, i algoritmen, hver og en håndhilser på alle andre. “Medlemmer av IonQ team ønsker å påpeke at forbedret tilkobling av ion-basert kvante-datamaskiner lar dem kjøre quantum algoritmer med færre trinn og bedre gjengivelse,” Schreppler sa. “Dette er trolig bidrar til den høye observerte suksess rate av Bernstein-Vazirani algoritme her.”
Dette er fortsatt ikke i nærheten av feil-korrigert datamaskinen i fremtiden som vil kreve millioner av qubits i stedet for et dusin eller dusinvis. Men det er en kraftig utfordrer i den nye æra av støyende, men potensielt nyttig middels skala kvante-datamaskiner. Hva vil de være nyttig for, selv om, er uklart.
IonQ vil fortsette å utvikle sin maskinvare og programvare, forbedre laser-kontrollere som tillater forskere å utføre beregninger på enheten. I tillegg planlegger de å “invitere ledende aktører i offentlig og industri til privat beta test av dens systemer”, ifølge en pressemelding. Nå har forskere for å finne ut hva du faktisk kan gjøre med disse ting.
“Det virkelige problemet i feltet er at vi ikke vet killer app av kvante-datamaskiner ennå,” sa Monroe. “Vi må bygge dem og finne ut hvor de vil appellerer.”
Deler Denne Historien