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¿Por qué es impresionante el experimento de supremacía cuántica de Google?

En la Naturaleza artículo publicado por Google, dicen,

Para demostrar cuántica supremacía, comparamos nuestro procesador cuántico contra el estado-de-el-arte clásico equipos en la tarea de muestreo de la salida de un pseudo-aleatorio cuántica circuito. Al azar de los circuitos son una elección adecuada para la evaluación comparativa porque no poseen la estructura y por lo tanto permiten la limitación de garantías el cálculo de la dureza. Realizamos el diseño de los circuitos para enredar a un conjunto de bits cuánticos (qubits) por la aplicación repetida de un solo qubit y dos-qubit lógico de las operaciones. El muestreo de la cuántica del circuito de salida produce un conjunto de bitstrings, por ejemplo {0000101, 1011100, ...}. Debido a la interferencia cuántica, la distribución de probabilidad de la bitstrings se asemeja a un moteado patrón de intensidad producida por la interferencia de la luz láser de dispersión, de tal forma que algunos bitstrings son mucho más frecuentes que otros. Clásicamente la computación de esta distribución de probabilidad se vuelve exponencialmente más difícil a medida que el número de qubits (ancho) y el número de puerta de ciclos (profundidad) crecer.

Así, a partir de lo que puedo decir, que la configuración de sus qubits en un pseudo-aleatoriamente generado circuito, el cual, cuando se ejecuta, pone a los qubits en un estado de vector que representa una distribución de probabilidad sobre $2^{53}$ posibles estados de los qubits, pero que la distribución es intratable para calcular, o incluso a través de la estimación de muestreo con un clásico de simulación por ordenador. Pero la muestra es por "mirar" en el estado de los qubits después de correr el circuito muchas veces.

¿No es esto sólo un ejemplo de la creación de un sistema cuya salida es intratable para calcular, y luego en "calcular" es por la simple observación de la salida del sistema?

Suena similar a decir:

Si me derrame de esta taza de pudín en el suelo, el patrón exacto que se forma es muy caótico, y la insuperable para cualquier supercomputadora para calcular. Pero yo sólo inventó un nuevo tipo especial de equipo: esta taza de pudín. Y yo voy a hacer el cálculo por los derrames en el suelo y observar el resultado. He logrado el pudín de la supremacía.

que claramente no es impresionante en todos. En mi ejemplo, yo estoy haciendo un "cálculo" que es insuperable para cualquier clásico de la computadora, pero no hay ninguna manera obvia de extrapolar este método hacia nada realmente útil. ¿Por qué es Google experimento diferente?

EDIT: Para elaborar en mi intuición aquí, lo considero impresionante sobre el clásico de los equipos es su capacidad para simular otros sistemas, no sólo a sí mismos. Cuando la creación de un circuito clásico, la pregunta que queremos contestar no es "que los transistores se encenderá una vez que ejecutamos una corriente a través de esto?" Queremos responder a preguntas como "¿qué es 4+1?" o "¿qué sucede cuando Andrómeda choca con la vía Láctea?" Si yo fuera mostrado un clásico equipo de "predecir" que los transistores se iluminará cuando una corriente a través de él, no sería obvio para mí que estamos más cerca de responder a las preguntas interesantes.

53voto

Kevin Zhou Puntos 1670

Para elaborar en mi intuición aquí, la cosa que yo considero "impresionante" sobre los clásicos equipos es su capacidad para simular otros sistemas, no sólo a sí mismos. Cuando la creación de un circuito clásico, la pregunta que queremos contestar no es "que los transistores se encenderá una vez que ejecutamos una corriente a través de esto?" Queremos responder a preguntas como "¿qué es 4+1?" o "¿qué sucede cuando Andrómeda choca con la vía Láctea?"

No hay una distinción real aquí. Ambos cuántica y clásica de los ordenadores sólo hacer una cosa: calcular el resultado de algún circuito. Un clásico equipo no fundamentalmente saber lo $4+1$ medios. En lugar de corriente fluye a través de varios transistores, como es requerido por las leyes de la física clásica. Podemos leer a continuación el estado final de los bits y la interpretan como $5$.

La distinción real, que tiene en ambos casos, es si se puede el programa o no. Por ejemplo, un sencillo de cuatro funciones de la calculadora es un sistema clásico de participación de muchas de transistores, pero las cosas específicas que se pueden calcular son completamente fijo, que es por qué nosotros no lo consideramos como un clásico de la computadora. Y un pudín es un sistema cuántico de participación de muchas de qubits, pero no puede hacer nada, pero ser un budín, así que no es un ordenador cuántico.

Google puede controlar las puertas que se aplican en su quantum circuito, sólo como cargar un programa diferente puede controlar las puertas aplicado en un clásico de la CPU. Esa es la diferencia.

48voto

tparker Puntos 156

La gran diferencia entre la cuantía de la supremacía experimento y su pudín de experimento es que el quantum de la supremacía experimento resuelto de modo inequívoco, bien planteado problema matemático. Mientras que la gente a veces describir la tarea de cálculo como "la simulación de la física de Sycamore equipo", eso no es correcto. La tarea fue calcular la salida de un resumen de quantum circuito lógico, de los cuales el Sicomoro equipo fue un aproximado de física de la creación de instancias. La diferencia es sutil, pero crucial. Desde una perspectiva computacional, las matemáticas eran los primeros, y la física llegó segundo.

Fundamentalmente, el quantum de la supremacía problema era matemáticamente bien especificado, y por lo que podría ser comprobado en un clásico de la computadora. El paralelo clásica de cálculo que no sólo estaba allí para proporcionar un tiempo de referencia, pero también - fundamentalmente - para comprobar la computación cuántica para la exactitud.

No hay más "lento pero equivalente" computación para el pudín experimento. En el pudín experimento, debe especificar de forma exacta cuál de estos dos problemas que está tratando de resolver:

  1. Simular el patrón, que será el resultado si se derriba un genérico taza de pudín fuera de la mesa.
  2. Simular el patrón, que será el resultado si se derriba un particular taza de pudín fuera de la tabla [donde se especifica los detalles suficientes para concretar las condiciones iniciales en suficiente detalle como para el modelo de su caída].

La primera variante es obviamente masivamente underspecified y no tiene una respuesta única. La segunda variante se hace, en principio, tienen una única respuesta, pero, fundamentalmente, en realidad no se puede capturar todos los detalles necesarios acerca de la condición inicial en la práctica. Así que, ni la variante de la realidad puede ser enmarcada como un matemáticamente bien planteado.

En el quantum de la supremacía de experimento, el resumen del problema a resolver (que fue resolver el resumen circuito lógico, no la simulación de la física de hardware) fue lo suficientemente simple como para suponer que podría (muy lentamente) resolver exactamente en un clásico de ordenador, así como en un quantum uno.

31voto

Febry Ghaisani Puntos 36

Yo co-ejecutar una investigación experimental grupo en el que, entre otras cosas, desarrollar la habilidad para controlar los bits cuánticos, así como a hacer (un día) la computación cuántica. En nuestro laboratorio contamos con el más preciso de los bits cuánticos y las operaciones, pero sólo hemos tenido (o intentado llevar a cabo las operaciones en dos o tres trozos a la vez. Esto es en parte porque nos hemos tomado un interés en otros aspectos del problema, y en parte porque si fuéramos a poner diez o más qubits en nuestro experimento (que sería fácil de hacer), se trataría sólo de reproducir a pequeña escala de los circuitos en lugar de aprender a construir un gran equipo.

Yo diría que la pregunta por Bridgeburners es así lo pidió, y es correctamente caracteriza a la naturaleza limitada de Google cálculo. Sin embargo, uno puede buscar en Google el resultado desde un punto de vista experimental, y luego se le hace, creo, muy impresionante.

Desde un punto de vista experimental de Google, el logro es que se han logrado suficientes experimental de control de un circuito que contiene 53 qubits que puede generar enredados a los estados la participación de todos o la mayoría de los qubits, de tal manera que la fidelidad de los que el estado no se perdió inmediatamente antes de que el estado puede incluso ser medido de alguna manera. Que sin duda no sería capaz de lograr esto en nuestro laboratorio el día de hoy. Si dedicamos todo nuestro esfuerzo a hacer lo mismo, creo que nos llevaría un año o más para aplicar las extensiones necesarias para nuestro equipo experimental con la precisión requerida. En efecto, así es muy impresionante. (Mientras tanto con nuestro atrapamiento de iones de métodos también podemos hacer algunas cosas que Google máquina no puede hacer.)

Mirando ahora para el futuro cercano, hay dos principales tecnologías prometedoras para la computación cuántica. Estos son atómicas iones confinados en alto vacío, y circuitos superconductores del tipo empleado por Google. Hace un par de años, un rudo 'competencia' se celebró, la participación de los cálculos que requiere sólo 10 o así qubits, y el atrapamiento de iones de métodos ganó porque ellos pueden tomar ventaja de una mayor inter-connectability de sus qubits, y una buena precisión en las operaciones y mediciones. Si esta competencia se realiza ahora, no es tan claro que la tecnología iba a ganar. Tampoco está claro que es la mejor apuesta para el control completo de 50 qubits de tal manera que el propósito general de informática se podría hacer, respondiendo a las preguntas que la gente realmente quiere saber (frente a la computadora-ciencia abstracciones). Pero lo que está claro, creo, es que esta etapa va a ser alcanzado por cualquiera de los dos o ambos caminos, y esto sucederá en un plazo de años, no décadas. Lo que John Martinis y sus colegas han hecho es una muestra de que el enfoque de circuito superconductor es una competidora muy fuerte, y que han demostrado una gran experiencia y dominio en la superación de muchos y graves los retos técnicos para llegar a este punto.

12voto

Dast Puntos 29

Es (de aislamiento) no es diferente de lo que pudín de equipo.


Sin embargo, el contexto es muy importante. Hay una serie de problemas que no saben cómo resolver mucho más rápido en un ordenador cuántico de un clásico. Los problemas son millas fuera de su alcance, y probablemente no va a ser resuelto por 10 o 20 años, todavía (yo soy más pesimista que la de la mayoría, tal vez demasiado).

Mientras tanto miles de personas en todo el mundo están trabajando en un montón de diferentes ordenador cuántico ideas, superconductores, como Google e IBM, pero también se óptica de diversos tipos con puntos cuánticos, conversión de fuentes de nitrógeno o vacante de los centros.

Estas diferentes comunidades tienen equipos que trabajan con fundamentalmente diferentes de hardware, por lo que son difíciles de comparar el uno contra el otro. Este Google resultado indica varias cosas: (1) Se muestra que ellos están haciendo algunos progresos. (2) es para "mostrar" lo que están haciendo en comparación con los otros enfoques. Por ejemplo la óptica de las personas todavía están en alrededor de 8 qubits, mientras que superconductor de cosas es de 53. Esto no es una comparación útil (las dos máquinas son muy diferentes), pero eso no detiene a las personas mostrando.

La historia real no es el "quantum supremacía", los que tienen un 53 qubit circuito que parece una especie de media de trabajo por algún tiempo. (Aquí es donde la óptica de la gente llega a regodearse, sus cosas tiene menos qubits, pero en realidad funciona la mayoría del tiempo). Con el fin de "vender" esta máquina como un interesante paso en el camino para algo útil que tenía que hacer algo con ella.

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