Anfang der Woche stellte Google Willow vor, die neueste Version seines Quantenprozessors. In einem Blogbeitrag schreibt sie diesem 105-qbit-Chip eine absolut atemberaubende Leistung zu; In weniger als 5 Minuten würde sie dazu in der Lage sein Lösen Sie Probleme, die für die besten aktuellen Supercomputer 10 Millionen Milliarden Milliarden Jahre Arbeit erfordern würden.
Aber es gibt einen Haken: Der praktische Nutzen der betreffenden Berechnungen ist äußerst begrenzt, und wir müssen noch warten, bis wir die „Quantenüberlegenheit“ erreichen, die Google 2019 so dreist zu beanspruchen wagte.
Der RCS, ein Maßstab, der nicht unbedingt relevant ist
Um zu verstehen, was diese Ankündigung fragwürdig macht, müssen wir uns die von Google verwendete Metrik ansehen: Random Circuit Sampling oder RCS (für Zufallsstichprobe). Bei diesem Test werden zufällige Sequenzen von Quantenlogikgattern generiert, die in eine Reihe von Qbits geschrieben werden – die grundlegenden logischen Einheiten des Quantencomputings. Durch mehrmaliges Abtasten dieser Schaltkreise erzeugt das System dann eine Reihe von Bits, deren statistische Verteilung von der Konfiguration des Schaltkreises abhängt.
Dies ist traditionell eine sehr anspruchsvolle Aufgabe für das klassische Rechnen, da die Komplexität der Berechnungen exponentiell mit der Anzahl der Logikgatter zunimmt. Mit anderen Worten: Herkömmliche Supercomputer sind schnell veraltet.
Andererseits ist dieses Problem für Quantencomputer viel erschwinglicher. Qbits sind Quanteneinheiten, die in einer Überlagerung verschiedener Zustände existieren können; Mit anderen Worten: Im Gegensatz zu Bits im herkömmlichen Rechnen sind sie nicht auf einen einzelnen präzisen Wert wie 0 oder 1 beschränkt. Stattdessen ermöglicht diese Quantenüberlagerung, dass sie in Zwischenzuständen existieren. Und vor allem sind alle diese Qbits unter idealen Bedingungen aufgrund der Quantenverschränkung korreliert – dem berühmten „ gruselige Aktion aus der Ferne » von Einstein erwähnt.
Diese Kombination aus Überlagerung und Verschränkung ist das Herzstück der Funktionsweise eines Quantencomputers. Es ermöglicht der Maschine verschiedene Informationen parallel verarbeitenund daher im Vergleich zu herkömmlichen Supercomputern sehr komplexe Probleme wie RCS in extrem kurzen Zeiträumen lösen können.
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Auch wenn es sich rein rechentechnisch tatsächlich um eine sehr anspruchsvolle Aufgabe handelt, ist der RCS nicht unbedingt der relevanteste Maßstab, wenn es darum geht, die Leistung eines Quantencomputers mit der eines herkömmlichen Supercomputers zu vergleichen. Mit Ausnahme einiger Nischenanwendungen in Bereichen wie der Verschlüsselung ist dies bei diesem Test tatsächlich nicht der Fall fast kein praktischer Nutzen in der realen Welt. Ziemlich langweilig, wenn man bedenkt, dass das Hauptziel der Quantencomputerführer darin besteht, diese Maschinen in die Lage zu versetzen, reale Probleme zu lösen.
Trotz des begrenzten praktischen Nutzens dieses Ansatzes behauptet Google jedoch weiterhin, dass alle Quantencomputer anhand ihrer RCS-Leistung beurteilt werden sollten. Kein Wunder, denn die Firma Mountain View ist mittlerweile in diesem Bereich dominant … und das ermöglicht es ihr auchVermeiden Sie direkte Vergleiche mit seinen Hauptkonkurrenten. Tatsächlich neigen viele große Namen im Quantencomputing, wie etwa IBM, dazu, sich auf eine andere Metrik zu stützen: Quantenvolumender die Kapazität des Systems zur Ausführung allgemeiner Algorithmen schätzt. In der Pressemitteilung von Google wird jedoch sorgfältig darauf verzichtet, auf diesen Indikator zu verweisen.
Riesige Fortschritte im Fehlermanagement
Dies bedeutet jedoch nicht, dass diese Arbeit keinen Wert hat, denn Google behauptet immer noch große Fortschritte in einem sehr wichtigen Punkt: der Korrektur von Fehlern.
Aufgrund ihrer Abhängigkeit von Überlagerungs- und Verschränkungszuständen sind Qbits sehr empfindliche Objekte. Die geringste Abweichung in der Umgebung kann zu Fehlern führen, die später korrigiert werden müssen. Allerdings wird es immer schwieriger, die Integrität des Systems zu wahren, wenn die Leistung des Systems erhöht wird; Je höher die Anzahl der Qbits, desto schwieriger ist es, Fehler zu verhindern.
Aber Google scheint es geschafft zu haben, dieses Hindernis zu umgehen; Das Unternehmen behauptet tatsächlich, dass die Robustheit seiner Willow-Architektur steigt exponentiell an, anstatt abzunehmen, wenn neue Qbits eingeführt werden !
„Wir haben immer größere Anordnungen physikalischer Qubits getestet, von einem 3×3-Qubit-Raster zu einem 5×5- und dann 7×7-Raster. Dank unserer Fortschritte in der Quantenfehlerkorrektur konnten wir die Fehlerrate jedes Mal um die Hälfte reduzieren. Mit anderen Worten: Wir haben eine exponentielle Reduzierung der Fehlerquote erreicht. Diese historische Errungenschaft wird in der Fachwelt als „Subthreshold“ bezeichnet: Sie reduziert Fehler und erhöht gleichzeitig die Anzahl der Qubits“, können wir in der Pressemitteilung lesen.
Das Tüpfelchen auf dem i ist, dass dieses Korrektursystem in Echtzeit arbeiten kann – ein sehr wichtiger Punkt für die Integrität der Ausgabedaten und damit für die Betrachtung möglicher praktischer Anwendungen.
Es wird sehr interessant sein zu sehen, ob Google jemals beschließt, seine RCS-Komfortzone zu verlassen, um zu zeigen, was Willow bereithält, wenn es darum geht, alltäglichere Probleme zu lösen und zu dem berühmten „“ zu gelangen.Quantenüberlegenheit“, was das Unternehmen bereits 2019 – zu Unrecht – behauptet hatte.
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