A milliárd dolláros kérdés, avagy hogyan állapítsuk meg, hogy a kvantumszámítógépünk jól számol?

2020 / 01 / 16 / Bobák Zsófia
A milliárd dolláros kérdés, avagy hogyan állapítsuk meg, hogy a kvantumszámítógépünk jól számol?
A Google októberben jelentette be, hogy elérték a kvantumfölényt, azóta pedig a világ egy új korszak kezdetéről suttog. Azonban van egy kis probléma a kvantumszámítógépekkel: ha annyival okosabbak egy átlagos komputernél, hogyan lehet ellenőrizni, hogy valóban jól számolnak? A kutatók most már tudják a megoldást.

Azt nem mondhatjuk, hogy a szakemberek elkéstek volna a megoldás kutatásával, hiszen még egy átlagfelhasználó sem cipelte haza és csomagolta ki a személyes kvantumszámítógépét, csak hogy vihesse is vissza a boltba, mert nem jól működik. A paradigmaváltásnak még nagyon a hajnalán járunk, a Google és IBM szupergépeinek legjobbja is egyelőre csak 72 qubites kapacitásra képes, bár a D-Wave Systems bemutatta a kétezer qubites gépét is, ez azonban más célokra lesz használható

Az IBM január 8.-án jelentette be, hogy sikerült megvalósítaniuk Raleigh nevű gépükkel a Quantum Volume harminckettes szintjét, de mit is jelent ez? A Quantum Volume annak a tesztelésére szolgál, hogy egy gép milyen komplexitású probléma megoldására képes, ezt az cég 2016 óta évente megduplázza, de a mai kvantumszámítógépek még mindig messze állnak attól az általános használatú segédeszköztől, amit a hagyományos számítógépek és PC-k jelentenek. Szemléltetésképpen: 2017-ben Martin Roetteler kiszámolta, hogy egy átlagos 256-bites titkosítást alkalmazó Bitcoin rendszer feltöréséhez kétezer ötszáz qubites számítási kapacitásra lenne szükség. A végső cél, a több millió qubit, ami valóban paradigmaváltást hozhatna, pedig ennél is elérhetetlenebb.

Az viszont tény, hogy a kvantumgépek már itt vannak és működnek.

A kvantumbitek szuperpozíciója miatt az egyesekre és nullákra épülő bináris rendszert messze túlszárnyaló műveleti hatékonyságra képesek, tíz qubit 1024 számítást tud szimultán elvégezni. A fejlesztésük és fenntartásuk pedig rengeteg pénzt felemészt, ahhoz, hogy egy aprócska chipet a neki kellemes körülmények között tartsanak, hatalmas kriogenikus hűtőrendszerekre van szükség. A Guardian számítása szerint egy ilyen gép értéke körülbelül tíz milliárd dollár, azaz háromezer milliárd (három billió) forint lehet, ha nem számítjuk a kutatás-fejlesztést. Ennyi pénzért pedig az ember joggal érzi úgy, hogy szüksége van valamilyen garanciára. A hibák szűrésére és processzorok értékelésére már történtek kísérletek, a terület azonban olyan sebességgel fejlődik, hogy mindig van hova tovább lépni. Ahogy Jaques Carolan, az MIT Department of Electrical Engineering and Computer Science (EECS) munkatársa, a legújabb kutatás vezetője mondta: „ A kvantum ellenőrzés idő-kritikussá válik az ipar gyors fejlődése miatt. A technikánk fontos eszközt biztosít a kvantum rendszerek széles körének verifikálásához. Mert, ha milliárdokat akarok befektetni, hogy megépítsek egy kvantumchipet, az biztos, hogy jobban teszi, ha mutat valami érdekeset.” A kutatást az MIT, a Google Quantum AI Laboratory, az Elenion, a Lightmatter és a Zapata Computing szakértői folytatták le.

Hogyan épül a kvantumchip?

A teszthez először is megalkották az NISQ, vagyis Noisy Intermediate Scale Quantum chipet. Ez ötven, de akár száz qubitet is tartalmazhat, így képes olyan algoritmusok futtatására, melyek a kvantumfölényt bizonyíthatják. A chip 2/5 milliméter nagyságú, szilikonból készült, százhetven kontroll paramétert, hangolható áramköri alkotórészt tartalmaz. Külső forrásból generált fotonpárokat helyeztek a chipbe, melyek a fázisváltókon áthaladva irányt változtattak és időnként egymás útjába kerültek. A kimenet egy random kvantum állapotot eredményezett, melyet fotondetektor-szenzorokkal mértek be.

Kvantum neurális hálózat: a csodafegyver

Ezután következett az újdonság, a QNN, Quantum Neural Network, mely a neurális hálózatokhoz hasonló módszerrel, rétegről rétegre haladva „hámozza meg” a problémát, ahol minden réteg a kvantumműveletek egy csoportját jelenti. Az NISQ kimenetében kapott eredményt betáplálták a neurális hálózatba. Az első réteg feladata, hogy a kimeneti zajban megtalálja egy darab foton „aláírását”, azaz jellemzőit, melyek a zsúfolt fotontömeg tülekedésében is elkülöníthetővé teszik. Ezután elkülönítik. Majd megpróbálják meghatározni azokat a műveleti lépéseket, melyeken az eredeti betáplálástól kezdve végig kellett, hogy menjen és amelyeknek pontosan egyezniük kell az áramkörök speciális dizájnjával. A következő rétegek mind-mind ugyanezt a feladatot hajtják végre a további fotonokkal, míg végül minden részecske egyedül nem marad és útjuk visszafejthetővé nem válik. Ha ezek a lépések nem egyeznek az eredeti számítási sémával (melyet a kutatók eredetileg betápláltak), valami rosszul működött a kvantumszámítógépben, a szakemberek pedig változtathatnak az áramkörök beállításán.

Boson sampling

A kísérlet bizonyításához a kutatók boson sampling, boson mintavétel programot használták, melynek a lényege, hogy a bemeneti és kimeneti fotonállapotok párba állítását megpróbálják előre megjósolni. Ez a valószínűségi elosztás mintájául szolgálhatna. Ezek azok a típusú feladatok, melyeket a klasszikus számítógépek nem tudnának kiszámítani, de az NISQ chippel lehetségessé válik, a kísérlet pedig eredményesen zárult, a kutatóknak sikerült két fotont elkülöníteniük a boson sampling procedúra során.

„Ez egy nagyszerű tanulmány, mely a nonlineáris kvantum neurális hálózat alkalmazásával megmutatja azokat az ismeretlen műveleteket, melyek a fekete dobozban zajlanak.” – mondta Stefano Pirandola, a Yorki Egyetem professzora, aki a legnagyobb előnyét a felfedezésnek a valós problémák megoldásában látja, nem az elméletekben. Az új rendszer például felhasználható lenne a molekuláris biológia és a biomérnökség területén. „Az álmunk az, hogy alkalmazzuk a fizikai világ érdekes dilemmáinak kibogozásához.”

(Forrás: MITNews, Fotó: Facebook/ IBM Research, Flickr/jurvetson)


Élettelen szeretők - mik az előnyei és hátrányai, ha szexrobotokra cseréljük az embereket?
Élettelen szeretők - mik az előnyei és hátrányai, ha szexrobotokra cseréljük az embereket?
Disztópia, újfajta szórakozás, a technológia térnyerése vagy egy eszköz, ami sok problémát meg tud oldani - a szexuális célokra szánt emberszerű gépeket nagyon eltérő szemszögekből lehet nézni, de egy biztos: a robotok készülnek és egyre emberibbé válnak. Legújabb sorozatunkban partnerünkkel, Magyarország legnagyobb felnőtt áruházával, a Vágyaim.hu csapatával együtt kutatjuk, merre tart az emberiség a szexualitás egyre digitálisabb ösvényein...
Az Amazon létrehozta az egymilliárd paraméteres szövegfelolvasó modellt, de nem adja az emberek kezébe
Az Amazon létrehozta az egymilliárd paraméteres szövegfelolvasó modellt, de nem adja az emberek kezébe
A BASE TTS-t százezer órányi nyilvánosan elérhető beszédfelvételen gyakorlatoztatták és minden eddiginél természetesebb hangot tudnak létrehozni a segítségével.
Ezek is érdekelhetnek
HELLO, EZ ITT A
RAKÉTA
Kövess minket a Facebookon!
A jövő legizgalmasabb cikkeit találod nálunk!
Hírlevél feliratkozás

Ne maradj le a jövőről! Iratkozz fel a hírlevelünkre, és minden héten elküldjük neked a legfrissebb és legérdekesebb híreket a technológia és a tudomány világából.



This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.