I kapplöpningen om att bygga en fungerande kvantdator har IBM precis gått om Google, med ett steg som forskare tidigare trodde var omöjligt. Företaget har simulerat en kvantdator med 56 qubits på en klassisk dator.
Att simulera något mer än 49 qubits på en klassisk dator ansågs omöjligt på grund av det begränsade minnet som klassiska datorer har jämfört med sina kvantmotsvarigheter. På grund av skillnaden mellan klassisk och kvantberäkning ökar varje gång du lägger till en qubit till en simulering det nödvändiga minnet exponentiellt i den klassiska simuleringen.
Men nu har IBM en simulering av en 56-kvantdator. ”IBM tryckte på kuvertet,” Itay Hen vid University of Southern California, berättade Ny vetenskapsman. ”Det kommer att bli mycket svårare för människor med kvantenheter att ställa ut [quantum] överlägsenhet.”
Inte bara detta, utan den nya simuleringen har lyckats dramatiskt minska mängden minne som använts i de tidigare försöken. En 45-qubit-simulering vid Institute of Technology i Zürich som avslöjades i juli i år tog 500 terabyte minne, medan IBM:s senaste försök bara tog 4,5. Detta tack vare ett genombrott i tänkandet, relaterat till hur kvantdatorer fungerar.
Vid datoranvändning lagras information i ”bitar” i antingen tillstånd 1 eller 0, som en ljusströmbrytare antingen påslagen eller avstängd. Däremot i kvantberäkning kan informationsenheten vara 1 eller 0, eller en överlagring av de två tillstånden.
Tänk på det som en sfär, med en 1 skriven på nordpolen och en 0 i söder. En klassisk bit kan hittas vid båda polerna, men en kvantbit, eller qubit, kan hittas på vilken punkt som helst på sfärens yta. Innan en qubit mäts kan den vara 0 och 1 samtidigt, tills den mäts.
”Mitt till synes obetydliga ögonblick kom en natt när jag diskade och använde en borste för att rengöra ett högt glas”, sa IBM:s Edwin Pednault. ”Det kom plötsligt upp för mig att om man tittar på grindarna som appliceras på en given qubit i en rutnätskrets, bildar grindarna ett borst-borstemönster där borsten är de intrasslande grindarna som appliceras på den qubiten.”
Han tog sedan denna idé och använde den för att simulera qubits.
”Matematiskt motsvarar den där ”borsten” av grindar en tensor och borsten till tensorindex. En tensor i matematik motsvarar i huvudsak en n-dimensionell array inom datavetenskap.”
I grund och botten, istället för att använda ett tal för att representera en qubit, började teamet på IBM att använda tensorer – flerdimensionella tabeller med fler axlar än bara rader och kolumner. Detta ger dem mycket mer utrymme att klämma in information.
Pednault hoppas att detta kommer att bidra till att bana väg för fungerande kvantdatorer.
”När enhetsteknologin går framåt kommer vi att gå in i en period av kvantfördelar där ett brett spektrum av företag, forskare och ingenjörer kommer att fullt ut använda hårdvaran och kraften hos kvantberäkning att fortsätta lösa allt svårare och komplexare problem”, säger han. Men det kommer fortfarande att finnas behov av simuleringar.
”Under denna kvantfördelarfas, avancerade simulering kapacitet kommer att behövas för att stödja både forskning och utveckling av nya kvantalgoritmer såväl som utvecklingen av själva enhetsteknologin.”
