Skammtatölvur reyndust hafa „skammtaforskot“ í sumum verkefnum

Það er opinbert – það er nú sönnun þess að skammtatölvur geta framkvæmt sum verkefni veldishraða en klassískar tölvur og það gæti aukið notagildi þeirra verulega.

Skammtatölvur nota skammtabita, eða qubita, til að mæla og draga út upplýsingar. Ólíkt bitum klassískra tölva, sem geta geymt 1 eða 0, geta qubitar geymt mörg gildi á sama tíma. Þetta gefur þeim fræðilega mikið hraðaforskot á klassískar tölvur og reiknirit. Hins vegar sýnir að vélarnar hafa þetta skammtaforskot, og getur í raun unnið venjulegar vélar, hefur ekki verið auðvelt.

Árið 2018, til dæmis, var dæmi um skammtafræðilegt forskot – fyrir meðmælakerfi eins og þau sem þú gætir fundið á Netflix eða Amazon – hnekkt og sýnt fram á að hægt væri að ná því með því að nota klassískt reiknirit.

Nú hafa hins vegar Hsin-Yuan Huang við Tækniháskólann í Kaliforníu og samstarfsmenn hans sannað stærðfræðilega að skammtatölvur geta ekki aðeins haft forskot á sumum verkefnum, þær geta líka verið hraðari.

„Við höfum núna rétta stærðfræðiramma til að sanna þennan veldisvísisaðskilnað,“ segir Huang. Fólk hefur snúist á milli þess að segja að hægt sé að fá veldishraða og að verða mjög svartsýnn á það, segir hann. „Þetta er eins og rússíbanareið.

Hraðakostur

Huang og teymi hans notuðu stærðfræðiramma sína til að sanna hraðaforskot á þremur víðtækum flokkum skammtavandamála, sem fólst í því að mæla og spá fyrir um eiginleika skammtakerfis, draga upplýsingar úr hávaðasömum raunheimsmerkjum og læra hvernig skammtakerfi breytast í gegnum tíðina. Fyrir hvert vandamál sýndu þeir að það þyrfti að keyra klassísku útgáfuna af tilrauninni veldisvísisfjölda sinnum oftar.

Ólíkt fyrri dæmum um skammtafræðilega kosti eins og bóson sýnatöku, gætu þessi vandamál haft gagnleg forrit, eins og að byggja háþróaða skynjara til að greina þyngdarbylgjur eða mæla flókin líffræðileg kerfi.

Rannsakendur gerðu síðan tvær tilraunir sem sýndu fram á þennan kost á Sycamore skammtatölvu Google, sem var krefjandi af tilvist tölfræðilegs hávaða, sem ekki var fjallað um í sönnunum þeirra.

Fyrsta tilraunin mældi skammtaeiginleika kerfis sem er óaðgengilegt klassískum tölvum vegna þess óvissureglan, sem segir til dæmis að við getum ekki verið viss um bæði stöðu og skriðþunga agna á sama tíma. Önnur tilraunin fól í sér að finna hvort skammtaferli væri það sama ef það var keyrt fram eða aftur í tíma, sem gæti verið mikilvægt í háorku- og kjarnaeðlisfræði.

„Höfundarnir geta sýnt fram á að það eru nokkrar tilraunir þar sem það eru lægri mörk á því hversu mörg sýni þú þarft með því að nota klassíska tölvu,“ segir Ashley Montanaro við háskólann í Bristol, Bretlandi. „Þeir geta staðið sig betur en þessi mörk jafnvel með því að nota hávaðasama skammtatölvu, sem fyrir mig er mjög glæsilegur árangur miðað við upphaf skammtavélbúnaðar nútímans.

Þó að umgjörðin sem Huang og teymi hans komu með sé almenn, notuðu þeir hann aðeins fyrir sérstaka flokka vandamála. Framtíðarvinna mun þurfa að sanna beinlínis skammtafræðilega kosti fyrir mörg fleiri skammtafræðileg vandamál, segir Huang.