Innehåll

• Vad kvantdatorer är bra för
• Vad betyder kvantöverlägsenhet för säkerhet?
• Frågor om Googles krav på kvantöverträffelse

Förra veckan hävdade Google-forskare att de hade nått ”kvantöverträffelse”, enligt en artikel i Ekonomiska tider. Googles papper publicerades kort på en NASA-webbplats innan de togs bort. I det hävdar forskare att ha överträffat dagens mest kraftfulla klassiska superdator - kallad Summit - med sin egen kvantdator.

Detta är vad som kallas kvantöverlägsenhet - med andra ord, när en kvantdator har visat sig vara snabbare vid en given uppgift än en klassisk dator. Enligt uppsatsen kan Googles 53-kbitars sycamore-system slutföra denna specifika beräkning på tre minuter och 20 sekunder. Toppdatorns superdator skulle ta cirka 10 000 år för att utföra samma funktion.

Uppnåendet av kvantöverlägsenhet hade ursprungligen förutsagts i slutet av 2017. Googles 72-bitars Bristlecone-dator (bilden ovan) visade sig dock vara för svår att kontrollera med tillräcklig noggrannhet. Istället kommer genombrottet från det mindre 53-bitars Sycamore-systemet.

Vad kvantdatorer är bra för

Till skillnad från traditionella datorer som fungerar på bitar av antingen 1 eller 0, använder kvantdatorer ”qubits” för att lagra värden. En kvbit eller kvantbit är ett kvant-mekaniskt system med två tillstånd. Det har den mystiska egenskapen att kunna hålla en superposition av både 1 och 0 stater på en gång. Emellertid kollapsar detta tillstånd vid mätning.

Kvantdatorer är byggda med liknande hårdvarugrindar som klassiska datorer, med INTE- och OCH-portekvivalenter som används till matematiska funktioner. Kvantutgångar är emellertid i sig sannolikt, vilket innebär att de måste kontrolleras med avseende på noggrannhet och felkorrigering. Du kan inte heller titta på en kvantberäkning halvvägs utan att förstöra utgången på grund av superposition.

Superposition och sannolikhet är nycklarna som gör kvantdatorer användbara för vissa matematiska uppgifter. Att öka antalet bitar gör det möjligt att beräkna miljontals möjligheter nästan direkt. Användningar inkluderar att tillverka enormt antal, beräkna Fourier-transformer och lösa linjära ekvationer. Kvantdatorer är i sin natur mycket specialiserade. De är faktiskt inte bra för många av de grundläggande beräkningarna som våra handdatorer utför varje dag.

Vad betyder kvantöverlägsenhet för säkerhet?

Lika konstigt som kvantdatorer låter, de har några mycket intressanta tillämpningar inom vissa datorområden - särskilt de som involverar upprepade, komplexa matematiska operationer som meteorologi, modelleringskemi och fysik och kryptografi.

Den sista talar ofta människor. Kvantdatorer kan köras genom så många matematiska permutationer på en gång och i teorin tar en bråkdel av tiden för nuvarande datorer behöver bryta vanliga krypteringsstandarder. Bara dagar eller timmar snarare än flera livstider. Nya kryptografiska protokoll kan en dag behövas för mycket känslig information för att förhindra sprickbildning av kvantdatorer.

Krypteringsstandarder måste förbättras efter kommersiella kvantdatorer.

Likaså används liknande algoritmer på den aktuella cryptocurrency-marknaden för att säkra plånböcker och verifiera transaktionens legitimitet. Det finns inget tecken på att till och med Googles dator är ganska kapabel att spricka dessa krypteringstyper. Men hotet om exponentiell tillväxt i kvantberäkningskraft gör detta till en tydlig möjlighet under de närmaste åren.

Lyckligtvis är kvantdatorer fortfarande långt ifrån kommersiellt hållbara. De är fortfarande i utvecklingsstadiet och är mycket mer benägna att användas för forskning än att bryta offentliga lösenord. Hursomhelst måste krypteringsstandarder förbättras för att avskräcka och förhindra sprickbarhet i en snar framtid.

Frågor om Googles krav på kvantöverträffelse

Medan Google hävdar kvantöverträffelse som ett stort genombrott, är några av dess konkurrenter mindre övertygade om prestandan. Termen "kvantöverlägsenhet" antyder att kvantdatorer nu är mer kraftfulla och användbara än klassiska datorer, men detta är verkligen ett kontroversiellt påstående.

Dario Gil, forskningschef på IBM (en stor rival i kvantberäkningsutrymmet), kallade Googles påståenden "helt enkelt fel." Gil konstaterar att forskningen bara är "ett laboratorieexperiment som är utformat för att i huvudsak - och nästan säkert exklusivt - implementera ett mycket specifikt kvantprovningsförfarande utan praktiska tillämpningar. Google Googles forskning fokuserar med andra ord på en mycket smal datortyp som avslöjar lite om datorns bredare kapacitet.

Kvantöverlägsenhet - när en kvantdator överträffar en klassisk dator för en given uppgift.

Chad Rigetti, en tidigare IBM-chef, kallade dock tillkännagivandet för ett "stort ögonblick för människor och för vetenskap." Daniel Lidar, ingenjörsprofessor vid University of South California, noterade omfattningen av Googles genombrott. Företaget har minskat qubitstörningar - känd som ”överkorsning” - vilket kraftigt reducerar datorns felfrekvens jämfört med dess rival.

Betydelsen är att Google nu kommer att kunna uppskala storleken på sina kvantdatorer tack vare lägre felresultat. Fler qubits med lågt fel kommer exponentiellt att öka processorkraften hos kvantdatorer, vilket gör dem mycket mer livskraftiga för komplexa problemlösningar. Men det finns fortfarande mycket mer arbete att göra med programmerbarhet också.

I slutändan är kvantdatorer bara användbara för en begränsad uppsättning uppgifter. De är dyra att bygga, köra och programmera för. Denna komplexitet innebär att de bara någonsin kommer att användas sparsamt för mycket specifika uppgifter. Även om detta inte minskar Googles milstolpe för kvantöverlägsenhet och det faktum att kvantberäkning ser mer och mer livskraftig ut varje år.