Indhold

• Hvad kvantecomputere er gode til
• Hvad betyder kvanteoverherredømme for sikkerhed?
• Spørgsmål om Googles krav om kvanteoverherredømme

Sidste uge hævdede Google-forskere at have nået "kvanteoverlegenhed" ifølge en artikel i Financial Times. Googles papir blev kort placeret på et NASA-websted, før det blev fjernet. I det hævder forskere at have overgået dagens stærkeste klassiske supercomputer - kaldet Summit - med deres egen kvantecomputer.

Det er det, der kaldes kvanteoverlegenhed - med andre ord, når en kvantecomputer viser sig at være hurtigere ved en given opgave end en klassisk computer. Ifølge papiret er Googles 53-qubit Sycamore-system i stand til at gennemføre denne specifikke beregning på tre minutter og 20 sekunder. Summit-supercomputeren ville tage omkring 10.000 år at udføre den samme funktion.

At nå frem til kvanteoverherredømme var oprindeligt forudsagt i slutningen af ​​2017. Googles 72-qubit Bristlecone-computer (afbildet ovenfor) viste sig imidlertid at være for svært at kontrollere med tilstrækkelig nøjagtighed. I stedet kommer gennembrudet fra det mindre 53-qubit Sycamore-system.

Hvad kvantecomputere er gode til

I modsætning til traditionelle computere, der fungerer på bit på enten 1 eller 0, bruger kvantecomputere “qubits” til at gemme værdier. En kvbit eller kvantebit er et kvantemekanisk system med to tilstande. Det har den mystiske egenskab ved at være i stand til at have en superposition af både 1 og 0 tilstande på én gang. Denne tilstand kollapser imidlertid ved måling.

Kvantecomputere er bygget med lignende hardwareporte som klassiske computere med IKKE- OG AND-gateækvivalenter brugt bygget til matematiske funktioner. Kvanteudgange er imidlertid i sig selv sandsynlige, hvilket betyder, at de skal kontrolleres for nøjagtighed og fejl rettes. Du kan heller ikke kigge på en kvanteberegning halvvejs uden at ødelægge output på grund af superposition.

Superposition og sandsynlighed er nøglerne, der gør kvantecomputere nyttige til visse matematiske opgaver. Skalering af antallet af qubits gør det muligt at beregne millioner af muligheder næsten øjeblikkeligt. Anvendelser inkluderer factoring af enormt antal, beregning af Fourier-transformer og løsning af lineære ligninger. Kvantecomputere er i sin natur meget specialiserede. De er faktisk ikke gode til mange af de basale beregninger, som vores håndholdte computere udfører hver dag.

Hvad betyder kvanteoverherredømme for sikkerhed?

Så underlige som kvantecomputere lyder, har de nogle meget interessante applikationer inden for bestemte områder af computere - især dem, der involverer gentagne, komplekse matematiske operationer som meteorologi, modellering af kemi og fysik og kryptografi.

Den sidste taler ofte folk. Kvantecomputere kan køre gennem så mange matematiske permutationer på én gang, og i teorien tager det en brøkdel af tiden, nuværende computere har brug for at bryde fælles krypteringsstandarder. Bare dage eller timer snarere end flere levetider. Nye kryptografiske protokoller kan muligvis en dag være nødvendige for meget følsom information for at forhindre revnedannelse af kvantecomputere.

Krypteringsstandarder skal forbedres i kølvandet på kommercielle kvantecomputere.

Ligeledes bruges lignende algoritmer på det aktuelle cryptocurrency-marked til at sikre tegnebøger og verificere transaktionens legitimitet. Der er ikke noget tegn på, at selv Googles computer er helt i stand til at krakke disse krypteringstyper. Truslen om eksponentiel vækst i kvantecomputeringskraft gør dette imidlertid til en markant mulighed i de næste par år.

Heldigvis er kvantecomputere stadig langt fra at være kommercielt levedygtige. De er stadig i udviklingsstadiet og er langt mere tilbøjelige til at blive brugt til forskning end at bryde offentlige adgangskoder. Uanset hvad vil krypteringsstandarder være nødt til at forbedre for at afskrække og forhindre levedygtighed af revner i den nærmeste fremtid.

Spørgsmål om Googles krav om kvanteoverherredømme

Mens Google hævder kvanteoverherredømme som et stort gennembrud, er nogle af dens konkurrenter mindre overbeviste om fordelene ved opnåelsen. Udtrykket "kvanteoverlegenhed" antyder, at kvantecomputere nu er mere magtfulde og nyttige end klassiske computere, men dette er bestemt en omstridt påstand.

Dario Gil, leder af forskning hos IBM (en væsentlig rival i kvantecomputerrummet), kaldte Googles påstande “bare rigtigt forkert.” Gil bemærker, at forskningen bare er “et laboratorieeksperiment designet til i det væsentlige - og næsten helt sikkert udelukkende - at implementere et meget specifik kvanteudtagningsprocedure uden praktiske applikationer. ”Med andre ord fokuserer Googles forskning på en meget snæver computertype, der kun afslører computerens bredere kapacitet.

Kvanteoverlegenhed - når en kvantecomputer overgår en klassisk computer til en given opgave.

Chad Rigetti, en tidligere IBM-direktør, kaldte dog meddelelsen for et "stort øjeblik for mennesker og for videnskab." Daniel Lidar, en ingeniørprofessor ved University of South California, bemærkede omfanget af Googles gennembrud. Virksomheden har reduceret qubit-interferens - kendt som "krydstale" - som i høj grad reducerer computerens fejlprocent sammenlignet med dens rival.

Betydningen er, at Google nu vil kunne opdele størrelsen på sine kvantecomputere takket være lavere fejlresultater. Flere qubits med lav fejl vil eksponentielt øge behandlingsstyrken på kvantecomputere og gøre dem meget mere levedygtige til kompleks problemløsning. Der er dog stadig meget mere arbejde, der skal gøres med programmerbarhed.

I sidste ende er kvantecomputere kun nyttige til et begrænset sæt opgaver. De er dyre at bygge, køre og programmere til. Denne kompleksitet betyder, at de kun nogensinde sandsynligvis vil blive anvendt sparsomt til meget specifikke opgaver. Selvom dette ikke mindsker Googles milepæl for kvanteoverlegenhed og det faktum, at kvanteberegning ser mere og mere levedygtig ud hvert år.