Innhold

• Hva kvantecomputere er bra for
• Hva betyr kvanteoverlegenhet for sikkerhet?
• Spørsmål om Googles krav til kvanteoverlegenhet

Forrige uke hevdet Google-forskere å ha nådd "kvanteoverlegenhet", ifølge en artikkel i Financial Times. Googles papir ble kort lagt ut på et NASA-nettsted før de ble fjernet. I det hevder forskere å ha overgått dagens kraftigste klassiske superdatamaskin - kalt Summit - med sin egen kvantecomputer.

Dette er det som kalles kvanteoverlegenhet - med andre ord når en kvantecomputer er bevist å være raskere på en gitt oppgave enn en klassisk datamaskin. Ifølge papiret er Googles 53-kBbit Sycamore-system i stand til å fullføre denne spesifikke beregningen på tre minutter og 20 sekunder. Summit-superdatamaskinen vil ta rundt 10.000 år å fullføre den samme funksjonen.

Oppnåelse av kvanteoverlegenhet var opprinnelig spådd for slutten av 2017. Googles Bristlecone-datamaskin med 72 kvbit (bildet over) viste seg imidlertid å være for vanskelig å kontrollere med tilstrekkelig nøyaktighet. I stedet kommer gjennombruddet fra det mindre 53-kBs Sycamore-systemet.

Hva kvantecomputere er bra for

I motsetning til tradisjonelle datamaskiner som opererer på biter på enten 1 eller 0, bruker kvantemaskiner "qubits" for å lagre verdier. En kvbit, eller kvantebit, er et kvantemekanisk system med to tilstander. Det har den mystiske egenskapen å kunne holde en superposisjon av både 1 og 0 stater på en gang. Imidlertid kollapser denne tilstanden ved måling.

Kvantedatamaskiner er bygget med lignende maskinvareporter som klassiske datamaskiner, med IKKE- OG AND-portekvivalenter brukt til matematiske funksjoner. Imidlertid er kvanteutgangene iboende sannsynlige, noe som betyr at de må sjekkes for nøyaktighet og feilkorrigeres. Du kan heller ikke kikke på en kvanteberegning halvveis uten å ødelegge output, på grunn av superposisjon.

Superposisjon og sannsynlighet er nøklene som gjør kvantemaskiner nyttige for visse matematiske oppgaver. Å skalere opp antall qubits gjør det mulig å beregne millioner av muligheter nesten umiddelbart. Bruksområder inkluderer factoring av enorme tall, beregning av Fourier Transforms og løsning av lineære ligninger. Kvantedatamaskiner er i sin natur veldig spesialiserte. De er faktisk ikke bra for mange av de grunnleggende beregningene våre håndholdte datamaskiner utfører hver dag.

Hva betyr kvanteoverlegenhet for sikkerhet?

Så underlige som kvantedatamaskiner høres ut, de har noen veldig interessante applikasjoner innen bestemte områder av databehandling - spesielt de som involverer gjentatte, komplekse matematiske operasjoner som meteorologi, modellering av kjemi og fysikk og kryptografi.

Den siste taler ofte folk. Kvantedatamaskiner kan kjøre gjennom så mange matematiske permutasjoner på en gang, og i teorien tar det en brøkdel av tiden dagens datamaskiner trenger å bryte vanlige krypteringsstandarder. Bare dager eller timer i stedet for flere levetider. Nye kryptografiske protokoller kan en dag være nødvendige for veldig sensitiv informasjon for å forhindre sprekker fra kvantecomputere.

Krypteringsstandarder vil måtte bli bedre i kjølvannet av kommersielle kvantemaskiner.

På samme måte brukes lignende algoritmer i det nåværende cryptocurrency-markedet for å sikre lommebøker og bekrefte transaksjons legitimitet. Det er ingen tegn på at til og med Googles datamaskin er i stand til å sprekke disse krypteringstypene. Trusselen om eksponentiell vekst i kvanteberegningskraft gjør dette imidlertid til en tydelig mulighet de neste årene.

Heldigvis er kvante-datamaskiner fremdeles langt fra å være kommersielt levedyktige. De er fremdeles i utviklingsstadiet og er langt mer sannsynlig å bli brukt til forskning enn å bryte offentlige passord. Uansett vil krypteringsstandarder måtte forbedres for å avskrekke og forhindre levedyktighet av sprekker i løpet av en nær fremtid.

Spørsmål om Googles krav til kvanteoverlegenhet

Mens Google hevder kvanteoverlegenhet som et stort gjennombrudd, er noen av rivalene mindre overbevist om fordelene ved oppnåelsen. Begrepet "kvanteoverlegenhet" antyder at kvantemaskiner nå er kraftigere og nyttige enn klassiske datamaskiner, men dette er absolutt en omstridt påstand.

Dario Gil, forskningssjef hos IBM (en stor rival på kvanteberegningsrommet), kalte Googles påstander "bare galt." Gil bemerker at forskningen bare er "et laboratorieeksperiment designet for å i det vesentlige - og nesten helt sikkert utelukkende - implementere et veldig spesifikk kvantesamplingsprosedyre uten praktiske bruksområder. ”Med andre ord fokuserer Googles forskning på en veldig smal databehandling som avslører lite om datamaskinens bredere muligheter.

Kvanteoverlegenhet - når en kvantecomputer overgår en klassisk datamaskin for en gitt oppgave.

Chad Rigetti, en tidligere leder av IBM, kalte imidlertid kunngjøringen for et "stort øyeblikk for mennesker og vitenskap." Daniel Lidar, ingeniørprofessor ved University of South California, bemerket omfanget av Googles gjennombrudd. Selskapet har redusert qubit-interferens - kjent som "krysstale" - som reduserer datamaskinens feilrate i betydelig grad sammenlignet med konkurransen.

Implikasjonen er at Google nå vil kunne skalere opp størrelsen på kvantemaskinene takket være lavere feilresultater. Flere qubits med lav feil vil eksponentielt øke prosessorkraften til kvantecomputere, og gjøre dem mye mer levedyktige for kompleks problemløsing. Det er fortsatt mye mer arbeid som kan gjøres med programmerbarhet, også.

Til syvende og sist er kvantedatamaskiner bare nyttige for et begrenset sett med oppgaver. De er dyre å bygge, kjøre og programmere for. Denne kompleksiteten betyr at de sannsynligvis bare vil bli brukt sparsomt til veldig spesifikke oppgaver. Selv om dette ikke reduserer Googles milepæl for kvanteoverlegenhet og det faktum at kvanteberegning ser mer og mer levedyktig ut for hvert år.