Џонатан Тененбаум: Д-р Аронсон, објавувањето на експериментот за квантен компјутер во Кина предизвика големи возбудувања ширум светот, но не помалку и во самата Кина. Би сакал да коментирате од своја гледна точка за новите резултати и што значат тие за напорите да се реализираат квантни компјутери.
Скот Аронсон: Па, знаете, ова е сè уште приказна во развој. Луѓето сè уште се обидуваат да отворат или пробиат дупки во ова, и ќе видиме каде и како ќе оди. Но, контекстот е дека имаше трка да се покаже она што беше наречено „квантната надмоќ“, што во основа значи само да покажеш дека можеш да направиш нешто побрзо со квантен компјутер отколку што тоа можеме да го направиме со кој било постоечки класичен компјутер.
Клучно, ова не мора да биде корисен податок. Ние не зборуваме за корисна машина или скалабилна машина или универзална машина. Ја користам аналогијата на првиот авион на браќата Рајт, кој даде доказ за принципот. Ова е одговор на скептиците, кои рекоа дека никогаш нема да добиете никакво забрзување со квантен компјутер.
Луѓето започнаа да зборуваат за оваа цел пред околу една деценија. Терминот „квантна надмоќ“ е измислен од Џон Прескил. Се знае дека сега некои сметаат дека не е политички коректен.
ЏТ: Кинеските автори го користат терминот „компјутерска предност“ на квантниот компјутер во споредба со конвенционалните дигитални компјутери.
СА: Она што се случи пред една деценија беше дека моите студенти и јас напишавме труд, а некои други луѓе имаа дтрудови, во кои се вели: погледнете, ако вашата цел е само да демонстрирате квантна брзина а не мора да биде корисна, тогаш мислиме дека ова може да се направи со околу 50 кубити или, во случајот за кој зборуваме, 50 фотони.
Значи, имавме теоретски предлог за тоа што можете да направите, имено да го разгледаме она што го нарекуваме проблем со земање мостри.
ЏТ: Ова е сега познатиот проблем со земање примероци од бозон.
СА: Да. Ова не се проблеми со единствен точен одговор, на начинот на кој луѓето можеби слушнале за алгоритмот на Шор.
ЏТ: Проблемот на факторизирање на даден голем цел број во неговите главни фактори.
СА: Нели. Тоа беше познатата од пред 26 години. Предлогот за земање мостри е многу поразличен од тоа. Не бараме единствен точен одговор. Ние само ја специфицираме дистрибуција на нашите одговори и бараме од квантскиот компјутер да излезе со примероци од таа дистрибуција.
Во овој случај, ако имавме 50 кубитси, на пример, тогаш излезот може да биде која било 50-битна низа. Ги има околу квадрилион. И така, така веројатно никогаш нема да го видите истиот излез два пати без разлика колку долго го водите овој експеримент.
Но, сега клучна точка. Во еден експеримент, не сите излези се подеднакво веројатни. Значи, откако ќе видиме еден куп излези, знаете, тоа може да биде релативно мал број, неколку илјади или неколку милиони од нив, тогаш можеме да направиме статистика за тоа и можете да проверите дали овие се во согласност со е примерокот од оваа дистрибуција?
Теоретските прашања на кои требаше да одговориме беа, пред сè, како со вашиот класичен компјутер проверувате дали се зема примерок од вистинската дистрибуција? Најдобриот одговор што го имаме за тоа прашање сепак вклучува пресметка на брутална сила со вашиот класичен компјутер.
ЏТ: На крајот од нивниот труд, кинеските истражувачи велат дека на најголемите суперкомпјутери достапни денес ќе им бидат потребни околу две милијарди години за да го добијат истиот резултат што тие го добија за двесте секунди.
СА: Па, тоа треба да се протолкува со зрно сол затоа што тоа го користи најдобриот алгоритам [за суперкомпјутерот] за кој би можеле да помислат. Ова е токму прашањето за теоретичарите. Она за што сме прилично сигурни е дека ако експериментот е направен совршено, тогаш секој класичен алгоритам ќе одземе време што се зголемува како 2 на N-та моќност, каде што N е бројот на фотони.
ЏТ: Значи, тоа оди многу брзо како што се зголемува бројот на фотони.
СА: Да. Значи, ние сме многу сигурни дека на класичен компјутер ќе му треба таков вид експоненцијално скалирање за да симулира идеална верзија на овој експеримент.
Сега, една неволја е што во реалниот свет, експериментот е бучен. Значи, тогаш мора да кажете, добро, можеби е полесно за класичен компјутер да симулира бучна верзија на експериментот.
И, исто така, никогаш не ја гледате директно дистрибуцијата што се зема во примерок. Сè што гледате се некои специфични примероци на кои потоа ќе примените тест, па мора да утврдите дали можеби на класичниот компјутер би му било полесно да го измами тој тест.
ЈТ: Тоа е репер за кој зборува кинеската група во својот извештај.
СА: Нели. Тие применуваат некои репери на тестот. И тие велат дека овој репер го разликува нивниот примерок од наједноставните хипотези за тоа што може да се случи, а тоа не се квантна надмоќ.
Сега, кога хартијата е излезена, она што се случува е дека сите скептици го напаѓаат тоа и велат, можеби можеме да одбереме и други работи што би можеле да се случат, а тоа не се квантна надмоќ, но би одговарале на вашиот тест.
ЈТ: Експериментите покажуваат импресивна технолошка виртуозност од страна на кинеските истражувачи. Како би ја споредиле нивната работа со она што се прави во другите делови на светот?
СА: Добро прашање е. Првото нешто што треба да се каже е дека ова е второ тврдење и демонстрирање на квантната надмоќ. Првото беше пред една година, од Google, во лабораторијата што Google ја има во Санта Барбара. Тие имаа сосема поинаков инженерски пристап, користејќи суперпроводници.
Тие измислија чип и го ставија во фрижидер за разредување и ја спуштија на температура од околу 10 миликелинви (само илјада делови од степенот над апсолутната нула). Тоа го прави чипот суперспроводлив. Тогаш имате струи што би можеле да течат во две различни состојби, кои претставуваат нула или единица. Кога е супер ледено, тие можат да течат во суперпозиција.
Гугл работи на овие суперспроводливи кубити веќе околу шест години. Во 2015 година тие одлучија: Сакаме да одиме на квантна надмоќ. Не се ни обидуваа сите за ова. Некои луѓе рекоа дека треба само да го прескокнеме ова. Ова е само демонстрација за која се грижат само научниците. Треба да одиме директно за корисни апликации.
Но, важно е да ја докажете реалноста на феноменот за кој станува збор, пред да започнете да им го објаснувате на клиентите.
ЏТ: Вие не би сакале браќата Рајт веднаш да започнат да земаат патници.
СА: Точно. Кога ќе видите многу од овие работи – или од D-Wave или до одреден степен од IBM, како резервираат клиенти за квантен компјутер што сè уште го градат – се чувствува малку како браќата Рајт да резервираат патници.
Како и да е, рече Гугл, во 2015 година: Ние сакаме да направиме квантна надмоќ со 50-тина суперспроводливи кубити и сакаме да направиме нешто како земање примероци од бозон, но нема да користиме бозони.
Тие всушност можеле да ги искористат своите суперспроводливи кубити за да контролираат фотони, како што се микробранови фотони, а тоа веројатно би биле уште сто милиони долари за инженерство.
Тие рекоа: Ние само ќе го изградиме она што знаеме како да го изградиме, што е суперспроводливи кубити. И ќе оставиме на вас да ја прилагодите вашата теорија на тоа. И така, околу 2017 година, еден студент и јас, заедно со другите, ја завршивме теоретската работа.
ЏТ: Значи, кинескиот експеримент е еден вид независна потврда за тоа што го направи Гугл.
СА: Да, [експериментот на Гугл] беше инспириран од земање примероци од бозон, но беше поинаку. Имаше дури и некои предности во однос на земањето примероци од бозон. Излезот е потполно случаен изглед, што е добро ако се обидувате да избегнете симулација од класичен компјутер.
Така, во 2019 година, тие објавија дека го сториле ова со чип наречен Сикамор што го изградија со 53 кубити.
Не беше очигледно дали, после тоа, некој сè уште ќе се мачи со земање примероци од бозон, што беше нашиот првичен предлог. Но, во Кина, групата на Чаојанг Лу рече: Сè уште го правиме ова. И приближно во исто време со најавата за надмоќ на Гугл, тие објавија дека демонстрирале земање примероци од бозон со 14 откриени фотони.
ЏТ: Сега тие велат дека имаат нешто како 70 фотони на ден.
СА: Мислам дека просекот е околу 50, нивните најголеми настани се околу 70. Бројот на фотони варира од едно до друго откривање. Значи, тој е сличен режим како експериментот со Гугл, во основа, затоа што и во двата случаи, тешкотијата за класичниот компјутер оди како 2 на N колку што знаеме.
ЏТ: Кое би било значењето на ова од технолошка гледна точка?
СА: Тоа е силен доказ во корист на фотонскиот квантен компјутер, дека ова е одржлива патека.
ЏТ: Дали во тоа се сомневаше претходно?
СА: Да. Види, ниту јас не бев сигурен. Помислив: Можеби луѓето едноставно ќе се откажат од тоа. Имаше паметни луѓе кои рекоа: Добро, тоа е убава теорија, но нема да можете да го скалирате над десет или повеќе фотони.
ЏТ: Затоа што е премногу тешко да се контролира бучавата.
СА: Точно. Основниот проблем со скалирање на овие експерименти е дека за да го видите ефектот на квантно мешање што го барате, ви требаат сите фотони да пристигнат во детекторите истовремено.
Главниот проблем е што ви треба огромна количина контрола над системот. Потребни ви се изворите на фотони за секој да исплука фотон точно кога ќе им кажете. Имаме многу единечни извори на фотони, но обично тие не се детерминистички; ќе исплукаат фотон кога ќе им се допадне.
Луѓето знаат како да го добијат она што се нарекува најавуван извор – што значи, секогаш кога ќе се случи да плукате фотон, тој всушност исфрла два фотони кои летаат во спротивни насоки. Ова е корисно затоа што штом откриете еден, тогаш знаете дека има и друг кој оди по друг пат
Но, проблемот е во тоа што кога имате 50 или стотина од овие извори, каква е шансата сите да исплукаат фотон во исто време? Се намалува експоненцијално со бројот на извори.
Луѓето требаше да откријат како да се справат со тоа, да добијат поголема контрола и, исто така, да го подобрат самиот предлог за земање примероци од бозон, така што тој ќе оди со ваква работа. Експерименталистите тука имаа некои од клучните идеи.
Тие рекоа: Можеме да го подобриме она што го направија Аронсон и Архипов, можеме ретроспективно да ја дефинираме состојбата на влез, да вклучиме кои извори се случуваат за да се генерира фотон.
ЏТ: Па, што би рекле во резимето, во однос на она што Кинезите го постигнаа со Џиузанг?
СА: Дозволете ми да го кажам ова на овој начин. Мислам дека дали тоа завршува или не, е всушност демонстрација на квантната надмоќ што се спротивставува на сите напади на скептиците, тоа е јасно импресивен експеримент. Дури и скептиците на експериментот се согласуваат за тоа.
ЏТ: Дали во тоа се сомневаше претходно?
СА: Да. Види, ниту јас не бев сигурен. Помислив: Можеби луѓето едноставно ќе се откажат од тоа. Имаше паметни луѓе кои рекоа: Добро, тоа е убава теорија, но нема да можете да го скалирате над десет или повеќе фотони.
ЏТ: Затоа што е премногу тешко да се контролира бучавата.
СА: Точно. Основниот проблем со скалирање на овие експерименти е дека за да го видите ефектот на квантно мешање што го барате, ви требаат сите фотони да пристигнат во детекторите истовремено.
Главниот проблем е што ви треба огромна количина контрола над системот. Потребни ви се изворите на фотони за секој да исплука фотон точно кога ќе им кажете. Имаме многу единечни извори на фотони, но обично тие не се детерминистички; ќе исплукаат фотон кога ќе им се допадне.
Луѓето знаат како да го добијат она што се нарекува најавуван извор – што значи, секогаш кога ќе се случи да плукате фотон, тој всушност исфрла два фотони кои летаат во спротивни насоки. Ова е корисно затоа што штом откриете еден, тогаш знаете дека има и друг кој оди по друг пат
Но, проблемот е во тоа што кога имате 50 или стотина од овие извори, каква е шансата сите да исплукаат фотон во исто време? Се намалува експоненцијално со бројот на извори.
Луѓето требаше да откријат како да се справат со тоа, да добијат поголема контрола и, исто така, да го подобрат самиот предлог за земање примероци од бозон, така што тој ќе оди со ваква работа. Експерименталистите тука имаа некои од клучните идеи.
Тие рекоа: Можеме да го подобриме она што го направија Аронсон и Архипов, можеме ретроспективно да ја дефинираме состојбата на влез, да вклучиме кои извори се случуваат за да се генерира фотон.
ЏТ: Па, што би рекле во резимето, во однос на она што Кинезите го постигнаа со Џиузанг?
СА: Дозволете ми да го кажам ова на овој начин. Мислам дека дали тоа завршува или не, е всушност демонстрација на квантната надмоќ што се спротивставува на сите напади на скептиците, тоа е јасно импресивен експеримент. Дури и скептиците на експериментот се согласуваат за тоа.
