Hype og kontanter forvirrer offentlighedens forståelse af kvantecomputere

Det er ingen overraskelse, at kvantecomputere er blevet en mediebesættelse. En funktionel og nyttig kvantecomputer ville repræsentere en af ​​århundredets mest dybtgående tekniske bedrifter.

For forskere som mig, spændingen er velkommen, men nogle påstande, der dukker op i populære forretninger, kan være forvirrende.

En nylig tilførsel af kontanter og opmærksomhed fra teknologigiganterne har vækket analytikeres interesse, som nu er ivrige efter at proklamere et banebrydende øjeblik i udviklingen af ​​denne ekstraordinære teknologi.

Quantum computing beskrives som "lige rundt om hjørnet", blot afventer den tekniske dygtighed og iværksætterånden i teknologisektoren for at realisere sit fulde potentiale.

Hvad er sandheden? Er vi virkelig kun et par år væk fra at have kvantecomputere, der kan bryde alle online sikkerhedssystemer? Nu hvor teknologigiganterne er engageret, læner vi os tilbage og venter på, at de leverer? Er det nu "bare teknik"?

Hvorfor bekymrer vi os så meget om kvanteberegning?

Kvantecomputere er maskiner, der bruger kvantefysikkens regler – med andre ord, fysikken i meget små ting – at indkode og bearbejde information på nye måder.

De udnytter den usædvanlige fysik, vi finder på disse små skalaer, fysik, der trodser vores daglige oplevelse, for at løse problemer, der er usædvanligt udfordrende for "klassiske" computere. Tænk ikke kun på kvantecomputere som hurtigere versioner af nutidens computere – tænk på dem som computere, der fungerer på en helt ny måde. De to er lige så forskellige som en abacus og en pc.

De kan (i princippet) løse hårdt, storslåede spørgsmål inden for områder som kodebrud, Søg, kemi og fysik.

Den vigtigste blandt disse er "factoring":at finde de to primtal, kun deleligt med én og dem selv, som når de ganges sammen når et måltal. For eksempel, primfaktorerne på 15 er 3 og 5.

Så simpelt som det ser ud, når det tal, der skal indregnes, bliver stort, sige 1, 000 cifre lang, problemet er faktisk umuligt for en klassisk computer. Det faktum, at dette problem er så svært for enhver konventionel computer, er, hvordan vi sikrer de fleste internetkommunikationer, såsom gennem offentlig nøglekryptering.

Nogle kvantecomputere er kendt for at udføre factoring eksponentielt hurtigere end nogen klassisk supercomputer. Men at konkurrere med en supercomputer vil stadig kræve en ret stor kvantecomputer.

Penge ændrer alt

Quantum computing begyndte som en unik disciplin i slutningen af ​​1990'erne, da den amerikanske regering, bevidste om det nyopdagede potentiale i disse maskiner til kodebrydning, begyndte at investere i universitetsforskning

Feltet samlede hold fra hele verden, inklusive Australien, hvor vi nu har to Centre of Excellence inden for kvanteteknologi (forfatteren er en del af Center of Excellence for Engineered Quantum Systems).

Men det akademiske fokus skifter nu, delvis, til industrien.

IBM har længe haft et grundforskningsprogram på området. Det fik for nyligt selskab af Google, der investerede i et University of California-hold, og Microsoft, som har samarbejdet med akademikere globalt, herunder University of Sydney.

Tilsyneladende lugter blod i vandet, Silicon Valley venturekapitalister begyndte også for nylig at investere i nye startups, der arbejder på at bygge kvantecomputere.

Medierne har fejlagtigt set kommercielle aktørers indtog som tilblivelsen af ​​den seneste teknologiske acceleration, snarere end en respons til disse fremskridt.

Så nu finder vi en række konkurrerende påstande om det nyeste inden for området, hvor marken går hen, og hvem kommer først til slutmålet – en storstilet kvantecomputer.

Det nyeste inden for de mærkeligste teknologier

Konventionelle computermikroprocessorer kan have mere end en milliard grundlæggende logiske elementer, kendt som transistorer. I kvantesystemer, de grundlæggende kvantelogiske enheder er kendt som qubits, og for nu, de tæller for det meste i størrelsesordenen et dusin.

Sådanne enheder er usædvanligt spændende for forskere og repræsenterer enorme fremskridt, men de er lidt mere end legetøj fra et praktisk perspektiv. De er ikke i nærheden af, hvad der kræves til factoring eller nogen anden applikation – de er for små og lider af for mange fejl, på trods af hvad de hektiske overskrifter kan love.

For eksempel, det er ikke engang let at besvare spørgsmålet om, hvilket system der har de bedste qubits lige nu.

Overvej de to dominerende teknologier. Hold, der bruger fangede ioner, har qubits, der er modstandsdygtige over for fejl, men relativt langsomt. Hold, der bruger superledende qubits (inklusive IBM og Google) har relativt fejltilbøjelige qubits, der er meget hurtigere, og kan være lettere at replikere på kort sigt.

Hvilken er bedre? Der er ikke noget ligetil svar. En kvantecomputer med mange qubits, der lider af masser af fejl, er ikke nødvendigvis mere nyttig end en meget lille maskine med meget stabile qubits.

Fordi kvantecomputere også kan antage forskellige former (generelt formål versus skræddersyet til én applikation), vi kan ikke engang nå til enighed om, hvilket system der i øjeblikket har de største muligheder.

Tilsvarende der er nu tilsyneladende uendelig konkurrence om forenklede målinger såsom antallet af qubits. Fem, 16, snart 49! Spørgsmålet om, hvorvidt en kvantecomputer er nyttig, er defineret af meget mere end dette.

Hvor skal man hen herfra?

Der har på det seneste været et mediefokus på at opnå "kvanteoverherredømme". Dette er det punkt, hvor en kvantecomputer overgår sin bedste klassiske pendant, og at nå dette ville absolut markere et vigtigt konceptuelt fremskridt inden for kvanteberegning.

Men du må ikke forveksle "kvanteoverherredømme" med "nytte".

Nogle kvantecomputerforskere søger at udtænke lidt mystiske problemer, der kan gøre det muligt at opnå kvanteoverherredømme med, sige, 50-100 qubits – tal, der kan nås inden for de næste mange år.

At opnå kvanteherredømme betyder heller ikke, at disse maskiner vil være nyttige, eller at vejen til store maskiner bliver klar.

I øvrigt, vi mangler stadig at finde ud af, hvordan vi skal håndtere fejl. Klassiske computere lider sjældent af hardwarefejl – "dødens blå skærm" kommer generelt fra softwarefejl, snarere end hardwarefejl. Sandsynligheden for hardwarefejl er normalt mindre end noget i retning af én ud af en milliard-quadrillion, eller 10 ^-24 i videnskabelig notation.

Den bedste kvantecomputerhardware, på den anden side, opnår typisk kun omkring én ud af 10, 000, eller 10 ^-4. Det er 20 størrelsesordener værre.

Er det hele bare teknik?

Vi ser et langsomt kryb op i antallet af qubits i de mest avancerede systemer, og kloge videnskabsmænd tænker på problemer, der med fordel kan løses med små kvantecomputere, der kun indeholder nogle få hundrede qubits.

Men vi står stadig over for mange grundlæggende spørgsmål om, hvordan man bygger, betjene eller endda validere ydeevnen af ​​de store systemer, vi nogle gange hører er lige rundt om hjørnet.

Som et eksempel, hvis vi byggede en fuldstændig "fejlkorrigeret" kvantecomputer på skalaen af ​​de millioner af qubits, der kræves til nyttig factoring, så vidt vi kan se, det ville repræsentere en helt ny materietilstand. Det er ret grundlæggende.

På dette tidspunkt, der er ingen klar vej til de millioner af fejlkorrigerede qubits, som vi mener er nødvendige for at bygge en nyttig factoring-maskine. Aktuelle globale bestræbelser (hvor denne forfatter er en deltager) søger at bygge kun én fejlkorrigeret qubit, der skal leveres omkring fem år fra nu.

I sidste ende, ingen af ​​de ovennævnte hold vil sandsynligvis bygge en nyttig kvantecomputer i 2017 … eller 2018. Men det burde ikke give anledning til bekymring, når der er så mange spændende spørgsmål at besvare undervejs.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.