Ce texte 是一个traduction de l’article Quantum 超级emacy is coming. Here’你应该知道的,已发布é sur Quantamagazine.org 18日 juillet 2019.
计算机科学

La 超级ématie quantique 是-elle pour bientôt ?

根据已发表的文章é récemment – 并迅速删除é –,Google研究人员已达到« suprématie quantique », c’est-à-说开发了一种能够’exécuter des tâches qu’经典计算机将永远无法完成。大号’annonce était peut-être prématurée, mais ce n’est sans doute qu’达到此限制是时间问题。有关此问题的更新。

凯文·哈特奈特
L’量子计算机Q System On d’IBM

量子计算机将永远无法取代完整的计算机è所有电脑« classiques » comme celui sur lequel vous lisez cet 项目. Ils ne vous permettront probablement pas de naviguer sur 整型ernet, d’é听音乐或观看视频éos sur Netflix.

什么’ils apporteront – du moins c’est 这是什么’on espère depuis longtemps –, c’est la capacité d’执行一些fa计算ç我们基本上比较é年金。他们将能够ésoudre des problè谁会拿数十亿美元’anné与传统计算机配合使用。他们将使模拟系统成为可能è我的复合体像摩尔é生物细胞,或分解出难以置信的大量细胞,从而使其过时è您当前的加密技术。

门槛à量子计算机将从中摆脱有前途的研究项目的地位à运算技术é有理性的能力éaliser des tâches qu’没有经典的计算机能够完成此呼叫é la « suprématie quantique »。在简短的文章中è谷歌研究人员声称,它于9月底出现在NASA网站上’已经实现。这篇文章有été retiré从此对v产生怀疑éracité这种表现。但是如果这n’est pas le cas, ce n’est sans doute qu’时间的问题。在公关évision de ce jour, ce guide vous permettra de comprendre ce que signifie la 超级é量子物质及其是否具有réellement été atteinte.

Qu’est-ce que la 超级ématie quantique et pourquoi 是-ce important ?

Pour atteindre la 超级é量子物质,量子计算机应该能够执行n’任何不可能的计算à ré在实践中使用常规计算机来实现。从某种意义上说,这种区别是人为的。将要使用的测试é pour vérifier la 超级é量子物质是一个问题ème 特别指定 – il s’agit davantage d’un tour de 通过e-passe que d’une avancée真的很有用(我们将返回到此)。确实,建立量子计算机的努力并非针对于écifiquement la 超级ématie quantique. « Nous n’完全不用这个词 ; cela ne nous 整型éresse pas », dé因此,克莱尔(Robert Sutor)是该部门负责人é量子计算中的地质 IBM.

但是D’un autre point de vue, la 超级é量子物质将是écisif dans l’histoire de l’计算机科学。她实际上可以开车à l’avènement d’量子计算机将对某些问题有用èmes pratiques.

鉴于’histoire. Dans les 安ées 1990年,第一个量子算法问世ésolu des problè我的人造物,没人想过’ils étaient vraiment 整型é感觉。但是计算机科学家ç我们学到了一些东西’他们能够申请éveloppement d’algorithmes ulté傻瓜大笑équences pratiques, à l’image de l’Shor的算法à分解大量数字。

« 我认为,如果社区将这些算法视为现实,é ne s’était pas d’abord demandé à量子计算机在没有s的情况下可以用于什么’inquiéter immé其价值d’usage »量子信息研究员Bill Fefferman说à l’université de Chicago.

社区é de l’量子计算特别是è关于这个过程将会发生épéter。通过构建击败传统计算机的量子计算机– même pour résoudre un problè我在实践中完全没用 –研究人员肯定会学习一些东西,这些东西最终将使他们能够构建出具体的有用的量子计算机ètement.

« Avant que nous ayons atteint la 超级é量子物质’y a aucune chance qu’量子计算机可以做任何事情’intéressant. C’est une étape nécessaire »,费尔南多·布兰德(Fernando Brand)说ão, physicien théoricien à l’加州理工学院和Google研究员。

La 超级é量子物质也将是é计算机科学理论éOric。 d期间é人口统计,这个区域被认为是真实的’hypothèse de « Church-Turing étendue »,据此经典计算机可以比其他任何类型的计算机有效地执行任何计算’ordinateur peut effectuer efficacement. La 超级é量子物质将是第一个ère violation expé此原则的押韵,包括’在一个全新的世界中进行计算。« La 超级é量子物质将是一个percé法中的基本要素ç我们正在考虑其计算的人 »量子信息研究员亚当·布兰德(Adam Bouland)法官à l’université de Californie à Berkeley.

怎么émontrer la 超级ématie quantique ?

怎么émontrer la 超级ématie quantique ? En ré量子计算机上的溶剂问题ème qu’经典计算机无法ésoudre de faç我们很有效。问题è我不在乎,但是我们’attend à 这是什么a première démonstration de la 超级é量子物质是一个问题è我特别被称为« d’échantillonnage aléatoire de circuits ».

一个简单的例子’échantillonnage aléatoire是一个程序,可模拟’un dé à 6 面孔。这样的算法在’il é很好地采样rsé可能的结果,每个产生的数量 1 à 您前六次平均六次é可爱的fa程序çon répétée.

À la place du résultat d’un jet de dé, le problème d’échantillonnage alé电路板组成à é采样可能的输出’量子电路é特训队。电路罐être vu comme une série d’actions qui peuvent être effectué在一组量子位或量子位上。考虑é环作用于50的电路 qubits. Au fur et à当量子位通过电路时,它们可能需要几个états en même temps – ce que l’我们称量子叠加 – et se corréler entre eux – on parle d’量子纠缠。通过缺点équent, à电路的末端,50 量子位是2的叠加50 é可能的状态。如果我们测量量子比特,这2的海洋50 possibilités s’一塌陷îne de 50 bits. C’est comme lancer 广告é, sauf qu’au lieu de 6 possibilités il y en a 250, et que toutes les 可能性és n’ont pas la même probabilité.

量子计算机,可以利用纯粹的量子效应,例如叠加’état, devraient ê能够有效交付à从这个电路éatoire une série de valeurs de sortie qui reproduit la bonne distribution. Pour les ordinateurs 经典, en revanche, 我们e connaît pas d’快速算法来产生这个échantillonnage – 这样更多的可能性é的增加,传统计算机的速度越快épassés par la tâche.

Qu’est-ce qui empêche d’atteindre la 超级é量子物质 moment ?

只要量子电路很小,传统计算机就可以跟上步伐。因此,对于démontrer la 超级é通过问题量子物质ème de l’échantillonnage alé电路的原理,有必要éussir à建立大于’一定的最小尺寸’a pas été le cas jusqu’ici.

电路尺寸为déterminée由d的位数épart combiné这些量子位的运算次数。在量子计算机中,对量子位进行操作ées à l’aide de « portes logiques », tout comme pour les bits dans un ordinateur classique. Divers types de 门 transforment les qubits de différentes façons – 有些会改变d值’一个量子比特,而d’其他结合了这个或那个fa的两个量子比特ç我们。如果量子位经过10 门,我们说电路有一个« profondeur » de 10.

Pour atteindre la 超级é量子物质,计算机科学家认为’量子计算机应该ésoudre le problème de l’échantillonnage aléatoire d’un circuit de 70 à 100 qubits avec une 深度 d’environ 10.如果电路小得多,一台典型的计算机可能会éussir à le simuler – 和经典的模拟技术’améliorent sans cesse.

但是问题è研究人员面临的我és est que plus le nombre de qubits et de 门 合乎逻辑的 augmente, plus le taux d’错误增加。如果速率d’erreur est trop élevé,量子计算机正在失去与传统计算机相比的优势。

有很多来源’量子电路中的误差。最关键的是’erreur qui s’在计算中累积à每次电路执行运算时ération logique. À l’heure actuelle, les meilleures 门 quantiques à 2 qubits ont un taux d’erreur d’environ 0,5 %, 意思就是’il y a 关于 1 erreur pour 200 opérations. C’与微小比率d不相称’经典电路中的误差为d’每10个错误17 opérations. Pour démontrer la 超级é量子物质,研究人员将不得不带来速率d’erreur des 门 à 2 量子比特至少低于0.1 %.

Comment saurons-nous avec certitude que la 超级ématie quantique a été démontrée ?

有些成就是没有的équivoque. La 超级ématie quantique n’en fait pas partie. « Ce n’不像发射’une fusée, où看看我’air pour savoir immédiatement s’il a réussi »斯科特·亚伦森说écialiste de l’量子计算à l’université du Texas à Austin.

对于Vérifier la 超级é量子物质,我们必须émontrer deux choses : d’une part, qu’量子计算机é快速计算,并d’autre part, qu’经典电脑’无法有效执行此Même calcul.

C’是第二部分é结扎常规计算机是évè慢往往对R更好é焊接某些类型的问题èmes que ce à quoi s’正在等待计算机科学家。只要’on n’a pas prouvé qu’经典计算机无法é有效地执行计算,总有可能é qu’存在更好,更有效的经典算法。可能不是être pas né证明’un tel algorithme n’existe pas pour que la plupart des gens soient convaincus par une revendication de 超级é量子物质,但dé显示稳定可能需要一段时间。

我们公关ès d’atteindre la 超级ématie quantique ?

根据许多吨é暴动,谷歌罢工à la porte de la 超级é量子物质并可能é在结束之前显示’année. Une 安once avait déjà été faite en ce sens en 2017, avant d’être rétractée,这则新闻« annonce »于9月底重新推出é les spé演说。但是一些’autres é团队有可能很快达到ôt la 超级é量子科学,尤其是在IBM,IonQ和Rigetti公司内部,或à l’université Harvard.

这些équipes suivent plusieurs approches distinctes pour construire un 量子计算机. 谷歌, IBM et Rigetti explorent la piste des circuits 超级aconducteurs. IonQ utilise des ions piégé激光。哈佛项目,目录éMikhail Lukin的研究使用uses原子。 Dé微软的步伐,其中涉及« qubits topologiques », paraît plus spé交流的每种方法都有其优点和缺点。énients.

Les circuits quantiques 超级aconducteurs ont l’avantage d’être constitués d’un maté听起来很扎实。他们能ê用现有的制造技术建造,并且其门执行操作érations trè快。此外,量子位不移动,这可以être un problème avec d’其他技术。但是这些电路必须être refroidis à des températures extrê低和每个量子位’une puce 超级aconductrice doit être calibré单独地,这使得它很难’这项技术适应成千上万个量子比特或更多écessaires à在实践中有用的量子计算机。

piionségé提供一个对比鲜明的资产负债表é利弊之间é否认。它们都是相同的,这有助于电路和电路板的制造。èges提供稳定时间é更长的时间来执行计算之前é量子位的状态不被淹没és受环境噪声影响(我们正在谈论décohé朗斯)。但是用过的门ées操纵离子非常ès lentes – des milliers de fois moins rapides que les 门 超级aconductrices –个别离子有时会’échapper des pièges et se déplacer de façon incontrôlée.

À l’heure actuelle, les circuits quantiques 超级aconducteurs semblent progresser le plus rapidement. 但是De sérieux obstacles d’ingénierie站在diff之前é年金方法。新进展é技术专业将是écessaire avant qu’有可能制造出名副其实的量子计算机。« L’量子计算将需要’类似于晶体管的发明– une technologie ré革命性的产品,几乎完美无瑕,操作简单à déployer à grande échelle, pré明智的亚当·布兰德。但是尽管进步ès expérimentaux récents aient été令人印象深刻,我的感觉是我们’尚未找到é cette clé technologique. »

Si la 超级ématie quantique était démontrée, que se 通过erait-il ensuite ?

Si un 量子计算机atteint la 超级ématie pour un problè像我这样的虚假我’échantillonnage alé电路板,下一个问题是évidente :他什么时候可以做点什么’utile ?

的里程碑’utilité est parfois appelé « avantage quantique ». « 用于具体用途ète – 像金融服务’人工智能或化学 –,我们何时,如何看待量子计算机比n做得好得多’任何已知的经典竞争对手 ? », s’问IBM的Robert Sutor,IBM的客户像JP 摩根和奔驰已经éjà commencé à探索量子芯片的应用 IBM.

一秒è我的里程碑将是création d’量子计算机工具é错误的原因。这些计算机将能够在时间r中更正计算中的错误ée1,原则上将允许进行量子计算而没有错误。但从这个意义上讲,主要命题是« code de surface », exige un surcoû数以千计的校正量子位’每个使用的逻辑量子位的错误é进行计算。托尔é因此,对量子计算中的错误的破坏远远超过了à des capacité目前的技术。量子计算机是否应该存在的问题être tolé尽早分解故障ê真正有用的是开放的。

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