Sporing af usikkerhed:Google udnytter kvantemekanikken i laboratoriet i Californien

Udenfor varmer lunt septembersolskin en idyllisk kyst, mens Californien soler sig i endnu en perfekt dag.

Indeni er det minus 460 Fahrenheit (-273 Celsius) nogle steder, kuldelommer, der stritter med kvantemekanikkens umulige fysik – en videnskab, hvor ting samtidigt kan eksistere, ikke eksistere og også være noget midt imellem.

Dette er Googles Quantum AI-laboratorium, hvor snesevis af super-kloge mennesker arbejder på et kontor udstyret med klatrevægge og elektriske cykler for at forme den næste generation af computere – en generation, der vil være ulig noget, som brugerne i øjeblikket har i deres lommer eller kontorer.

"Det er en ny type computer, der bruger kvantemekanik til at lave beregninger og tillader os... at løse problemer, der ellers ville være umulige," forklarer Erik Lucero, ledende ingeniør på campus nær Santa Barbara.

"Det kommer ikke til at erstatte din mobiltelefon, dit skrivebord; det kommer til at fungere parallelt med disse ting."

Kvantemekanik er et forskningsfelt, som videnskabsmænd siger, kan bruges en dag til at hjælpe med at begrænse den globale opvarmning, designe bytrafiksystemer eller udvikle kraftfulde nye lægemidler.

Løfterne er så store, at regeringer, teknologigiganter og nystartede virksomheder rundt om i verden investerer milliarder af dollars i det og beskæftiger nogle af de største hjerner, der findes.

Schrödingers kat

Gammeldags databehandling er bygget på ideen om binær sikkerhed:titusindvis af "bits" data, der hver især er enten "tændt" eller "slukket", repræsenteret ved enten et et eller et nul.

Kvanteberegning bruger usikkerhed:dens "qubits" kan eksistere i en tilstand af både énhed og nulhed i det, der kaldes en superposition.

Den mest berømte illustration af en kvantesuperposition er Schrodingers kat - et hypotetisk dyr, der er låst inde i en kasse med en flaske gift, som måske splintres eller ikke.

Mens kassen er lukket, er katten samtidig levende og død. Men når først du blander dig i kvantetilstanden og åbner æsken, er spørgsmålet om kattens liv eller død løst.

Kvantecomputere bruger denne usikkerhed til at udføre masser af tilsyneladende modstridende beregninger på samme tid – lidt som at kunne gå ned ad alle mulige ruter i en labyrint på én gang, i stedet for at prøve hver enkelt i serie, indtil du finder den rigtige vej.

Vanskeligheden for kvantecomputerdesignere er at få disse qubits til at opretholde deres superposition længe nok til at foretage en beregning.

Så snart noget forstyrrer dem - støj, snavs, den forkerte temperatur - kollapser superpositionen, og du står tilbage med et tilfældigt og sandsynligvis meningsløst svar.

Den kvantecomputer, Google viste frem for journalister, ligner en steampunk bryllupskage hængt på hovedet fra en støttestruktur.

Hvert lag af metal og buede ledninger bliver gradvist koldere, ned til det sidste trin, hvor processoren på størrelse med håndfladen afkøles til kun 10 Millikelvin, eller omkring -460 Fahrenheit (-273 Celsius).

Denne temperatur – kun en skygge over det absolutte nulpunkt, den lavest mulige temperatur i universet – er afgørende for den superledning, Googles design er afhængig af.

Selvom lagkagecomputeren ikke er enorm - omkring en halv person høj - optages der en anstændig mængde laboratorieplads med udstyret for at køle den - rør suser over hovedet med heliumfortyndinger, der komprimerer og udvider sig, ved hjælp af den samme proces, som holder dit køleskab koldt.

Fremtid

Men... hvad gør det hele egentlig?

Nå, siger Daniel Lidar, ekspert i kvantesystemer ved University of Southern California, det er et felt, der lover meget, når det modnes, men som stadig er et lille barn.

"Vi har lært, hvordan man kravler, men vi har bestemt endnu ikke lært, hvordan man går eller hopper eller løber," sagde han til AFP.

Nøglen til dens vækst vil være at løse problemet med de superpositionelle kollaps – åbningen af ​​kattens æske – for at give mulighed for meningsfulde beregninger.

Efterhånden som denne fejlkorrektionsproces forbedres, kan problemer som f.eks. bytrafikoptimering, som er sindssygt hårdt på en klassisk computer på grund af antallet af involverede uafhængige variabler – bilerne selv – komme inden for rækkevidde, sagde Lidar.

"På (en fejlkorrigeret) kvantecomputer kunne du løse det problem," sagde han.

For Lucero og hans kolleger er disse fremtidige muligheder hjernesmerterne værd.

"Kvantemekanik er en af ​​de bedste teorier, vi har i dag til at opleve naturen. Dette er en computer, der taler naturens sprog.

"Og hvis vi vil ud og finde ud af disse virkelig udfordrende problemer, for at hjælpe med at redde vores planet og ting som klimaændringer, end at have en computer, der kan gøre præcis det, ville jeg gerne have det." + Udforsk yderligere

Quantum computer fungerer med mere end nul og én

© 2022 AFP