IBM:n kvanttilaskenta läpimurto – ja miksi sillä on oikeasti väliä

Hei, pitääkin kertoa sinulle jotain. Kvanttilaskennan maailmassa tapahtui juuri jotain, mistä olen oikeasti innoissani.

IBM ja Chicagon yliopiston tutkijat ilmoittivat, että heidän kvanttitietokoneensa ratkaisi laskelman noin 15 minuutissa. Sama laskelma? Klassiset tietokoneet tarvitsisivat siihen käytännössä ikuisuuden.

No onko tämä nyt sitä kvanttivaltaa vai kvanttietua?

Muistat ehkä puhuttaavan "kvanttivallasta" muutama vuosi sitten, kun Google ilmoitti saavuttaneensa jotain vastaavaa. Juttu on kuitenkin kiistanalainen. Kriitikot huomauttivat, että vaikka kvanttitietokone teki jotain, mitä klassiset tietokoneet eivät pystyneet, ongelma ei ollut oikeasti hyödyllinen mihinkään. Se oli lähinnä-show offia.

Tämä IBM:n ilmoitus on erilainen. Siinä puhutaan "kvanttiedusta" – ja se on oikea termi. Ei vain tehty jotain vaikeaa, vaan myös alettu ratkoa todentamisongelmaa. Siitä seuraavaan kohtaan...

Todentamisongelma eli: miten luotat kvanttitietokoneeseen?

Tässä on kvanttilaskennan aivomelting point: perusajatus on ratkaista ongelmia, jotka ovat liian vaikeita klassisille tietokoneille. Mutta jos klassinen tietokone ei pysty ratkaisemaan sitä... miten voidaan tietää, että kvanttitietokoneen vastaus on oikein?

Tämä on ollut alan todellinen päänsärky. Voit ajaa kvanttilaskelman, mutta ilman tarkistustapaa miten tiedät, ettei tulos ollut pelkkää hölynpölyä?

IBM:n tiimi lähestyi asiaa nerokkaasti. He kehittivät uuden menetelmän, joka pitää ongelman tarpeeksi vaikeana ollakseen aidosti kvantti (eli klassiset tietokoneet yhä takkuavat), mutta lisää siihen tarpeeksi rakennetta, jotta virheiden tarkistaminen on mahdollista.

Chicagon yliopiston professori Bill Fefferman totesi osuvasti: "Todentaminen on yksi suurimmista haasteista kvanttiedun vahvassa osoittamisessa." Juuri sitä he lähtivät ratkomaan.

Virheenkorjauksen taika

Tässä kohtaa homma on aidosti vaikuttavaa tekniikan näkökulmasta.

Tiimi operoi 70 loogisella kubitilla. Jos olet uusi tässä aiheessa, saatat ajatella "hetkinen, eikö kubitti ole vain kubitti?" – mutta ei. Nämä eivät ole raakoja, hauraita kubitteja. Ne ovat loogisia kubitteja, eli kvantti-informaatio on koodattu fiksusti niin, että se suojaa virheiltä ja kohinalta.

Ajattele asiaa näin: sen sijaan, että uskoisit yhtä haurasta munaa, tarkkailet huolellisesti järjestettyä munaryhmää, jossa järjestelmä pystyy havaitsemaan ja korjaamaan, jos yksi munista särkyy.

Niillä 70 loogisella kubitilla he suorittivat yli 2 400 kahden kubitin operaatiota ja lähes 500 T-porttia. Se on runsaasti kvanttivoimistelua. Ja tulokset? Loogiset virhesuhteet olivat 10 kertaa pienempiä kuin taustalla olevat fyysiset virhesuhteet.

Se on valtava juttu. Se tarkoittaa, että virheenkorrektio toimii oikeasti laajemmassa mittakaavassa.

Mitä tämä oikeasti tarkoittaa?

En pyöritä sinulle, että tämä tarkoittaa kvanttitietokoneiden korvaavan kannettavasi. Olemme yhä tutkimusvaiheessa, ja "klassisten tietokoneiden mahdottomien ongelmien ratkaiseminen" on eri asia kuin "ihmiskuntaa hyödyttävien ongelmien ratkaiseminen".

Mutta tässä on se, mikä minua innostaa: katsomme perustuksen rakentuvan. IBM:n Jay Gambetta sanoi jotain, mikä jäi mieleen – "Olemme nyt vahvasti kvanttiedun aikakaudella."

Ja mielestäni hänellä on syytä olla toiveikas. Emme vain rakenna kvanttitietokoneita, jotka pystyvät tekemään vaikeita asioita. Rakennamme sellaisia, jotka tekevät vaikeita asioita luotettavasti ja – ennen kaikkea – voidaan varmistaa, että ne tekevät ne oikein.

Siinä on trilogia: nopeus, luotettavuus ja todennettavuus.

Piirit ja tulokset tästä kokeilusta jaetaan julkisesti Quantum Advantage Trackerin kautta. Muut tutkijat voivat siis tutkia niitä, rakentaa niiden päälle ja edistää alaa nopeammin.

Oma mielipiteeni

Olen seurannut kvanttilaskentaa vuosia, ja ympärillä on ollut paljon "viiden vuoden päästä" -energiaa. Mutta silloin tällöin tapahtuu jotain, mikä saa minut ajattelemaan: joo, tämä etenee oikeasti.

Tämä tuntuu yhdeltä sellaiselta hetkeltä.

Yhdistelmä skaalautuvuutta (70 loogista kubittia), suorituskykyä (10-kertainen virhevähennys) ja todentamista (voidaan oikeasti luottaa tuloksiin) – se ei ole vain asteittaista edistymistä. Se on merkityksellistä edistymistä.

Pidän silmällä, mitä tapahtuu seuraavaksi. Ja reilusti sanottuna? Olen varovaisen optimistinen, että kvanttilaskenta alkaa vihdoin kasvaa aikuiseksi.