Het wordt echt voor onderzoekers in de UC Santa Barbara John Martinis/Google-groep. Ze maken hun voornemen waar om de suprematie te verklaren in een strakke wereldwijde race om de eerste kwantummachine te bouwen die beter presteert dan 's werelds beste klassieke supercomputers.

Maar wat is quantum suprematie in een veld waar de horizon regelmatig wordt verbreed, waarin teams van de slimste kwantumcomputergeesten ter wereld routinematig de lat hoger leggen voor het aantal en het type kwantumbits ("qubits") die ze kunnen bouwen, elk met hun eigen kwaliteiten?

"Laten we dat definiëren, omdat het nogal vaag is, " zei Google-onderzoeker Charles Neill. Simpel gezegd, hij ging verder, "we zouden graag een algoritme of berekening willen uitvoeren die niet anders zou kunnen. Dat is wat we eigenlijk bedoelen."

Neill is hoofdauteur van het nieuwe artikel van de groep, "Een blauwdruk voor het aantonen van kwantumsuprematie met supergeleidende qubits, "nu gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap .

Gelukkig, de natuur biedt veel van dergelijke complexe situaties, waarin de variabelen zo talrijk en onderling afhankelijk zijn dat klassieke computers niet alle waarden kunnen bevatten en de bewerkingen kunnen uitvoeren. Denk aan chemische reacties, vloeiende interacties, zelfs kwantumfaseveranderingen in vaste stoffen en tal van andere problemen die onderzoekers in het verleden hebben afgeschrikt. Iets in de orde van minstens 49 qubits - ongeveer gelijk aan een petabyte (een miljoen gigabyte) klassiek willekeurig toegankelijk geheugen - zou een kwantumcomputer op gelijke voet kunnen plaatsen met 's werelds supercomputers. Recent, Neill's Google/Martinis-collega's kondigden een poging aan naar quantum suprematie met een 72-qubit-chip met een "bristlecone" -architectuur die nog moet worden uitgeprobeerd.

Maar volgens Neill, het is meer dan het aantal qubits dat voorhanden is.

"Je moet een soort evolutie in het systeem genereren die je ertoe brengt elke staat te gebruiken waaraan een naam is gekoppeld, " zei hij. De kracht van quantum computing ligt in:onder andere, de superpositionering van staten. Bij klassieke computers elk bit kan in twee toestanden voorkomen:nul of één, uit of aan, waar of onwaar, maar qubits kunnen bestaan ​​in een derde toestand die een superpositie is van zowel nul als één, het aantal mogelijke toestanden dat een kwantumsysteem kan verkennen exponentieel verhogen.

Aanvullend, zeggen de onderzoekers, trouw is belangrijk, omdat enorme verwerkingskracht niet veel waard is als het niet nauwkeurig is. Decoherentie is een grote uitdaging voor iedereen die een kwantumcomputer bouwt:het systeem verstoren, de informatie verandert. Wacht een paar honderdsten van een seconde te lang, de informatie verandert weer.

"Mensen kunnen 50 qubit-systemen bouwen, maar je moet je afvragen hoe goed het heeft berekend wat je wilde dat het zou berekenen, ' zei Neill. 'Dat is een kritische vraag. Het is het moeilijkste deel van het veld." Experimenten met hun supergeleidende qubits hebben een foutenpercentage van één procent per qubit aangetoond met drie- en negen-qubit-systemen, die, ze zeggen, kunnen worden verminderd naarmate ze groter worden, via verbeteringen in hardware, kalibratie, materialen, architectuur en machine learning.

Het bouwen van een qubit-systeem compleet met foutcorrectiecomponenten - de onderzoekers schatten een bereik van 100, 000 tot een miljoen qubits - is haalbaar en maakt deel uit van het plan. En nog jaren weg. Maar dat betekent niet dat hun systeem niet al in staat is om zwaar te tillen. Onlangs werd het ingezet, met spectroscopie, over de kwestie van lokalisatie van veel lichamen in een kwantumfaseverandering - een kwantumcomputer die een probleem met kwantumstatistisch mechanica oplost. Bij dat experiment het negen-qubit-systeem werd een kwantumsimulator, fotonen gebruiken die in hun array rondkaatsen om de evolutie van elektronen in kaart te brengen in een systeem van toenemende, maar zeer gecontroleerd, wanorde.

"Een goede reden waarom onze trouw zo hoog was, is omdat we in staat zijn om in zeer korte tijd complexe staten te bereiken, " legde Neill uit. Hoe sneller een systeem alle mogelijke toestanden kan verkennen, hoe beter de voorspelling van hoe een systeem zal evolueren, hij zei.

Als alles goed gaat, de wereld zou binnenkort een praktische UCSB / Google-kwantumcomputer moeten zien. De onderzoekers staan ​​te popelen om het op de proef te stellen, antwoorden krijgen op vragen die ooit alleen via theorie toegankelijk waren, extrapolatie en hoogopgeleide gissingen - en het openen van een geheel nieuw niveau van experimenten en onderzoek.

"Het is zeker heel spannend, " zei Google-onderzoeker Pedram Roushan, die het veel-lichaam-kwantumsimulatiewerk leidde dat werd gepubliceerd in Wetenschap in 2017. Ze verwachten dat hun vroege werk dicht bij huis blijft, zoals onderzoek in de fysica van de gecondenseerde materie en de kwantumstatistieken, maar ze zijn van plan om uit te breiden naar andere gebieden, inclusief chemie en materialen, naarmate de technologie verfijnder en toegankelijker wordt.

"Bijvoorbeeld, weten of een molecuul een binding zou vormen of op een andere manier zou reageren met een ander molecuul voor een nieuwe technologie... er zijn enkele belangrijke problemen die je niet ruwweg kunt inschatten; ze zijn echt afhankelijk van details en zeer sterke rekenkracht, "Roshan zei, wat erop wijst dat ze over een paar jaar mogelijk bredere toegang tot deze rekenkracht kunnen bieden. "Dus je kunt een account krijgen, log in en verken de kwantumwereld."