Quantenüberlegenheit
Quantenüberlegenheit (auch Quantenvorteil genannt) ist der Meilenstein, bei dem ein programmierbarer Quantencomputer eine bestimmte Aufgabe ausführt, die kein praktischer klassischer Computer in angemessener Zeit erledigen könnte. Im Jahr 2019 berichtete ein Team von Google, diesen Meilenstein mit einem 53-Qubit-Prozessor namens erreicht zu haben Bergahorn.
Das Sycamore-Experiment
Sycamore verwendete 53 supraleitende Qubits auf nahezu den absoluten Nullpunkt abgekühlt. Die gewählte Aufgabe war Zufallsstichprobenentnahme: Wenden Sie eine lange, zufällige Folge von an Quantengatter und dann die Qubits viele Male messen. Aufgrund der Quanteninterferenz sind die möglichen 53-Bit-Ergebnisse nicht gleich wahrscheinlich – die Schaltung erzeugt eine charakteristische, klumpige Wahrscheinlichkeitsverteilung. Die Abtastung aus dieser Verteilung ist für die Quantenhardware einfach, aber auf klassische Weise äußerst schwer zu simulieren, da die Anzahl der Amplituden, die ein klassischer Computer verfolgen muss, mit 253anwächst , ungefähr 1016.
Google berichtete, dass Sycamore in etwa 200 Sekunden eine Million Proben zog, und schätzte, dass der damals führende Supercomputer etwa 10.000 Jahre benötigen würde, um das Ergebnis zu reproduzieren. IBM widersprach dieser Schätzung und argumentierte, dass ein besserer klassischer Algorithmus, der Festplattenspeicher nutzt, in wenigen Tagen fertig sein könnte – eine nützliche Erinnerung daran, dass die Vorherrschaftsgrenze ein bewegliches Ziel ist, da sich klassische Methoden verbessern.
Was es tut und was nicht beweist
Das Experiment zeigte, dass ein Quantengerät die klassische Berechnung bei einem sorgfältig ausgewählten Benchmark übertreffen kann. Es tat nicht Es löste ein praktisch nützliches Problem – zufälliges Schaltkreis-Sampling hat keine direkte Anwendung – und lieferte auch keinen fehlerkorrigierten Allzweck-Quantencomputer. Ihre eigentliche Bedeutung besteht darin, dass sie einen Grundsatzbeweis liefert: Große, kontrollierbare Quantensysteme können einen Bereich erreichen, der wirklich außerhalb der klassischen Reichweite liegt.
Ein häufiges Missverständnis
Quantenüberlegenheit bedeutet nicht, dass Quantencomputer jetzt bei alltäglichen Aufgaben besser sind als klassische Computer. Sie bleiben in fast allem schlechter. Die Behauptung ist eng und bewusst: ein erfundenes Problem, das schneller läuft als die klassische Simulation, um eine wissenschaftliche Schwelle statt einer kommerziellen zu markieren.