शानदार क्वांटम उत्कृष्टता प्रश्नोत्तर

स्कॉट जोएल एरोनसन, कंप्यूटर विज्ञान और सिस्टम विशेषज्ञ, व्याख्याता, कंप्यूटर विज्ञान विभाग, ऑस्टिन में टेक्सास विश्वविद्यालय के एक ब्लॉग से

आप इन ख़बरों को पढ़ें - फाइनेंशियल टाइम्स, टेक्नोलॉजी रिव्यू, CNET, फेसबुक, रेडिट, ट्विटर, [ हैबर / लगभग] पर। अनुवाद।] या कहीं और - Google के शोधकर्ताओं के एक समूह ने अपने 53-बिट सुपरकंडक्टिंग डिवाइस के साथ क्वांटम कंप्यूटिंग श्रेष्ठता हासिल की है। वे खोजने में आसान हैं, लेकिन मैं उन्हें लिंक नहीं दूंगा - सिर्फ इसलिए कि उन्हें अभी तक अस्तित्व में नहीं होना चाहिए।

दुनिया जानती है कि Google वास्तव में क्वांटम श्रेष्ठता की एक बड़ी घोषणा तैयार कर रहा है, जिसे एक साथ सम्मानित वैज्ञानिक पत्रिकाओं में शोध कार्य के प्रकाशन के साथ-साथ सामने आना चाहिए। और यह एक महीने के भीतर होने की संभावना है।

इस बीच, नासा, जिसने इस विकास में भाग लिया, ने गलती से एक सार्वजनिक साइट पर Google का एक पुराना संस्करण पोस्ट किया। उसने वहां कुछ समय बिताया, लेकिन फाइनेंशियल टाइम्स, मेरे इनबॉक्स और अन्य लाखों स्थानों पर जाने के लिए पर्याप्त था। इस काम के बारे में तर्क, तथ्यों से रहित, हर जगह अनुमानित रूप से फैले हुए हैं।

जाहिर है, हमारी दुनिया को "अंतरिक्ष में आदमी के प्रवेश" के एक नए क्षण की स्पष्ट रूप से घोषणा करने के अवसर से वंचित किया गया है, जिसमें एक मजबूत चर्च-ट्यूरिंग थीसिस को एक संवाददाता सम्मेलन में प्रयोगात्मक रूप से मना कर दिया जाएगा। यह राइट बंधुओं की उड़ान की तरह होगा, जिसके बारे में खंडित अफवाहें 1903 से 1908 तक सामने आईं, जिसमें विल्बर और ऑरविल अंततः प्रदर्शन उड़ानों के लिए सहमत हुए (केवल हमारे मामले में, सौभाग्य से, यह इस मुद्दे को स्पष्ट करने के लिए जाएगा। कितना कम समय!)

मैंने कुछ महीनों तक डेट किया है; मेरे लिए अपने ब्लॉग पर इस बारे में नहीं लिखना बेहद मुश्किल था। मैंने चुप रहने का वादा किया था, लेकिन मैं अलग-अलग संकेतों को यहां और वहां छोड़ने की इच्छा का विरोध नहीं कर सकता था - उदाहरण के लिए, पॉल बर्नेज़ को समर्पित अंतिम कार्यक्रम में अपने भाषण के दौरान, मैंने विशेष रूप से अपने व्याख्यान के पाठ्यक्रम का निर्माण किया ताकि वे इस बिंदु पर ला सकें।

यह प्रविष्टि इन तथ्यों की पुष्टि करने वाली आधिकारिक घोषणा है। और अगर बिजली हमें पहले से ही दिखाई दे रही है, तो गड़गड़ाहट को आवाज़ देने का अधिकार Google के शोधकर्ताओं के एक समूह का है, साथ ही इसके लिए समय और स्थान भी है।

इसके बजाय, मैंने इस प्रश्न को स्पष्ट करने का फैसला किया, एक ब्लॉगर और "सामाजिक बौद्धिक" के रूप में मेरी भूमिका में इंटरनेट पर घूम रही गलत सूचना को दूर करने के लिए, और आपको "स्कॉट से क्वांटम श्रेष्ठता के बारे में सवालों और जवाबों का एक उत्कृष्ट सेट" पेश करने के लिए। बस अगर आप अचानक क्वांटम श्रेष्ठता में रुचि रखते हैं, या जानना चाहते हैं कि क्या होगा अगर माउंटेन व्यू से कुछ खोज इंजन कंपनी या कहीं और काल्पनिक रूप से क्वांटम श्रेष्ठता की उपलब्धि की घोषणा की।

ठीक है, चलो बिल्ली को पूंछ से नहीं खींचते हैं:

प्रश्न 1: क्वांटम कम्प्यूटेशनल उत्कृष्टता क्या है?

यह शब्द अक्सर संक्षिप्तता श्रेष्ठता (केपी) के लिए संक्षिप्त है। यह क्वांटम कंप्यूटर (QC) के उपयोग को दर्शाता है, जो कि एक निश्चित अच्छी तरह से परिभाषित समस्याओं को हल करने के लिए है, जिसका समाधान, आज के शास्त्रीय कंप्यूटरों पर आज के जाने-माने एल्गोरिदम का उपयोग करते हुए, अधिक समय के लिए परिमाण का आदेश लेगा - और ऐसा ही नहीं, बल्कि असममित क्वांटम जटिलता के कारण। यहाँ जोर 100% इस बात पर है कि कार्य QC पर हल किया जा रहा है, और यह वास्तव में शास्त्रीय कंप्यूटरों की मदद से संपर्क नहीं किया जा सकता है; आदर्श रूप से, कार्य ऐसा होना चाहिए कि यह पहले से ही निकट भविष्य में हल हो सके (शोर की मदद से, सार्वभौमिक क्यूसी नहीं जो पहले से मौजूद हैं या जल्द ही दिखाई देंगे)। और अगर यह कार्य अभी भी उपयोगी है, तो बेहतर है - लेकिन यह आवश्यक नहीं है। राइट ब्रदर्स प्लेन या शिकागो वुडपाइल अपने आप में उपयोगी नहीं थे।

Q2: यदि Google के शोधकर्ता वास्तव में एचएफ तक पहुंच गए हैं, तो क्या इसका मतलब है कि अमेरिकी डेमोक्रेटिक पार्टी, एंड्रयू यंग से हाल ही में ट्वीट किए गए राष्ट्रपति पद के उम्मीदवार के रूप में "किसी भी कोड को हैक किया जा सकता है"?



सच नहीं है (हालांकि एक उम्मीदवार के रूप में, यंग मेरे लिए सुंदर है)।

दो समस्याएं हैं। सबसे पहले, Google, IBM और अन्य जो डिवाइस आज बना रहे हैं, उनमें 50-100 qubits शामिल हैं और उनमें त्रुटि सुधार प्रणाली नहीं है। RSA एन्क्रिप्शन को क्रैक करने के लिए शोर एल्गोरिथ्म को चलाने के लिए , कई हज़ार तार्किक क्वाइब की आवश्यकता होती है। और आज ज्ञात त्रुटि सुधार विधियों के साथ, यह आसानी से लाखों भौतिक qubits की आवश्यकता हो सकती है, और गुणवत्ता मौजूदा लोगों की तुलना में बेहतर है। मुझे नहीं लगता कि कोई भी इसके करीब आया है, और हमें नहीं पता कि इसमें कितना समय लगेगा।

दूसरे, यहां तक ​​कि एक काल्पनिक भविष्य में, त्रुटि सुधार के साथ स्केलेबल QCs, जैसा कि आज हमें लगता है, कुछ कोड को क्रैक करने में सक्षम हैं, लेकिन सभी नहीं। संयोगवश, सार्वजनिक कुंजी जिसे वे दरार कर सकते हैं, उसमें वे अधिकांश कुंजियाँ शामिल हैं जिनका उपयोग हम आज इंटरनेट सुरक्षा के लिए करते हैं: RSA, डिफी-हेलमैन प्रोटोकॉल, अण्डाकार वक्र, आदि। निजी कुंजी एन्क्रिप्शन का कम से कम प्रभाव पड़ेगा। और सार्वजनिक कुंजी सिस्टम के लिए उम्मीदवार भी हैं (उदाहरण के लिए, झंझरी के आधार पर), हैकिंग की विधि जिसे QC के 20 वर्षों के प्रयासों के लिए किसी को भी नहीं जाना गया है; इसके अलावा, इस तरह के सिस्टम पर स्विच करने के लिए पहले से ही प्रयास किए जा रहे हैं। विवरण रेबेका गोल्डस्टीन को मेरे पत्र में हैं।

Q3: क्या गणना, शास्त्रीय रूप से जटिल मानी जाती है, क्या Google ने योजना बनाई है या पहले ही कर चुका है?

मैं कह सकता हूं, हालांकि मैं शर्मिंदा हूं। गणना निम्नानुसार है: "परीक्षक" एक यादृच्छिक क्वांटम सर्किट सी (1 qubit के फाटकों का एक यादृच्छिक अनुक्रम और दूसरी निकटतम निकटतम श्रेणी) उत्पन्न करता है, 20 के बारे में गहराई, 50-60 qubit के दो-आयामी जाली पर)। तब परीक्षक सी को क्वांटम कंप्यूटर पर भेजता है और उसे निर्देश देता है कि वह सर्किट को सभी की प्रारंभिक अवस्था में लागू कर दे, आधार को {0,1} से मापें, एन बिट्स के प्रेक्षित तार को भेजें, और इसे कई हजार या लाख बार दोहराएं। अंत में, सी के अपने ज्ञान का उपयोग करते हुए, शास्त्रीय परीक्षक यह प्रमाणित करने के लिए एक सांख्यिकीय परीक्षण लागू करता है कि आउटपुट पुष्टि करता है कि क्यूसी ने गणना की।

यही है, यह फैक्टरिंग जैसा कार्य नहीं है, जिसका एक सही उत्तर है। सर्किट सी संभावना वितरण का उत्पादन करता है, चलो इसे डी _{सी कहते हैं} , एन बिट्स के तार पर, और कार्य इस वितरण से नमूने का उत्पादन करना है। वास्तव में, डी _{सी के} समर्थन में 2 ^एन लाइनें बोलेंगी - और उनमें से बहुत सारे होंगे कि अगर क्यूसी को काम करना चाहिए, तो हम कभी भी एक ही आउटपुट नहीं देखेंगे। महत्वपूर्ण बात यह है कि डी _{सी का} वितरण _एक समान नहीं है। कुछ पंक्तियों में आयामों के रचनात्मक हस्तक्षेप का अनुभव होगा, और उनकी संभावनाएं अधिक होंगी, जबकि अन्य विनाशकारी हस्तक्षेप से पीड़ित होंगे, और उनकी संभावनाएं कम होंगी। और यद्यपि हम केवल कुछ नमूनों को देखेंगे, जिनकी संख्या 2 ⁿ की तुलना में छोटी होगी, हम जांच सकते हैं कि क्या वे पंक्तियों में गुरुत्वाकर्षण करते हैं, जिन्हें हम अधिक संभावना मानते हैं, और अंत में यह हमारे आत्मविश्वास को बढ़ा देगा कि कुछ शास्त्रीय रूप से अप्राप्य हो रहा है। ।

सीधे शब्दों में, केके को बस संचालन का एक यादृच्छिक (लेकिन ज्ञात) अनुक्रम करने के लिए कहा जाएगा - इसलिए नहीं कि हमें एक विशिष्ट परिणाम की आवश्यकता है, बल्कि इसलिए कि हम यह साबित करने की कोशिश कर रहे हैं कि यह स्पष्ट रूप से परिभाषित कार्य में एक क्लासिक कंप्यूटर से आगे निकल सकता है।

Q4: लेकिन अगर KK केवल यादृच्छिक कचरा देने के लिए मौजूद है, जिसका एकमात्र अर्थ यह है कि शास्त्रीय कंप्यूटर पर अनुकरण करना मुश्किल है, तो कौन परवाह करता है? कुछ भी नहीं है कि एक tinned सैंडविच नहीं है?

नहीं। जैसा कि मैंने पहले ही लिखा है, यह सब कुछ एक साथ सैंडविच नहीं है, लेकिन निश्चित रूप से कुछ के साथ एक सैंडविच!

चर्चा के तहत विषय की विशालता, और इसके कार्यान्वयन के लिए आवश्यक जटिल इंजीनियरिंग उपलब्धियों का सम्मान करें। सीपी की शुरुआत से पहले, स्केप्टिक्स में एक ही समय में मज़ेदार हो सकता है कि 20 से अधिक वर्षों में खर्च किए गए सभी अरबों के बाद, एक भी क्यूसी का उपयोग कभी भी किसी कार्य को हल करने के लिए नहीं किया गया है कि यह आपके लैपटॉप की तुलना में तेज़ी से निपटे, या कम से कम समस्या हल न हो सके। एक तरह से जो इस कंप्यूटर की क्वांटम प्रकृति पर निर्भर करता है। लेकिन आने वाले केपी की दुनिया में, यह पहले से ही गलत है। 2 ⁵⁰ या 2 ⁶⁰ जटिल संख्याओं के एक सुपरपोज़िशन को कम्प्यूटेशनल रूप से महारत हासिल थी, समय और संसाधनों का उपयोग करते हुए जो 2 ⁵⁰ या 2 ⁶⁰ की तुलना में छोटे थे।

मैं लगातार राइट ब्रदर्स के विमान को याद करता हूं क्योंकि मैं इस विषय के बारे में इंटरनेट पर उपेक्षा और इस विषय के बारे में जो भी बात कर रहा हूं उसके बीच रसातल से मारा गया हूं। यह उस व्यक्ति की प्रतिक्रिया के समान है जो दृढ़ता से विश्वास करता था कि हवा के माध्यम से एक उपयोगी यात्रा करना असंभव था, और फिर उसने एक सादे लकड़ी के प्रोपेलर विमान को हवा में उड़ते हुए देखा - यह तमाशा उसके विचारों का खंडन नहीं करेगा, लेकिन वह भी समर्थन नहीं करेगा।

क्या मैं वास्तव में इन सभी वर्षों के लिए चिंतित हूं कि सीसी द्वारा हासिल किए गए बहुत कम महत्वपूर्ण मील के पत्थर के बारे में लगातार प्रचार लोगों के धैर्य को खत्म कर देगा, और जब वास्तव में कुछ सार्थक होता है तो वे परवाह नहीं करेंगे?

Q5: कई साल पहले, आपने डी-वेव की प्रशंसा करते हुए जनता को शर्मिंदा किया और क्वांटम एनीलिंग के माध्यम से अनुकूलन समस्याओं को हल करने के विशाल मात्रा त्वरण के बारे में अपने बयान। अब आप आम जनता से शर्मिंदा हैं कि वे कम्युनिस्ट पार्टी के बारे में पर्याप्त उत्साही नहीं हैं। आप फैसला क्यों नहीं करते?

क्योंकि मेरा लक्ष्य किसी विशेष दिशा में "उत्साह के स्तर" का नेतृत्व करना नहीं है, बल्कि यह सुनिश्चित करना है कि यह सही है! क्या आप यह नहीं कह सकते हैं कि मैं आम तौर पर डी-वेव के बारे में सही था, तब भी जब इस विषय की मेरी आलोचना ने मुझे कुछ हलकों में अलोकप्रिय बना दिया था? तो केपी के बारे में, मैं भी सही होने की कोशिश करता हूं।

Q6: यदि केपी से संबंधित गणना केवल संभावना वितरण से नमूने लेते हैं, तो मैं कैसे सत्यापित कर सकता हूं कि गणना सही हैं?

अच्छी बात है आपने पूछा! यह उस सिद्धांत का प्रश्न है जिसे हम और अन्य वैज्ञानिक पिछले एक दशक से विकसित कर रहे हैं। मैंने पहले ही इसे संक्षेप में बी 3 में समझाया है: गणना क्यूसी द्वारा लौटाए गए नमूनों से सांख्यिकीय रूप से जांच की जा सकती है, और सुनिश्चित करें कि वे संभावना वितरण डी _सी के "चोटियों" में जोड़ना पसंद करते हैं _। ऐसा करने के सुविधाजनक तरीकों में से एक यह है कि Google एक "रैखिक क्रॉस-एंट्रॉपी चेक" कहता है: यह सभी नमूनों के लिए पीआर [सी आउटपुट एस _i ] है, जो कि क्यूसी उत्पादन करता है, और फिर चेक को सफल घोषित करता है कि यह राशि निकलती है। एक निश्चित सीमा से परे - उदाहरण के लिए, bk / 2 ⁿ एक स्थिर 1 <b <2 के लिए।

बेशक, इस परीक्षण को अंजाम देने के लिए, यह संभव है कि शास्त्रीय कंप्यूटर पर संभाव्यता पीआर [सी आउटपुट s _i ] की गणना की जाए - और ऐसा करने का एकमात्र तरीका 2 ⁿ समय तक समाप्त करना है। क्या इससे कोई समस्या है? नहीं, यदि n = 50, और आप Google हैं, और आप 2 ⁵⁰ जैसी संख्याओं को संसाधित कर सकते हैं (हालाँकि आप 2 ^{1000 के} साथ सामना नहीं कर सकते, एक संख्या जो गोगोल - हा, हा से अधिक है)। एक महीने के लिए क्लासिक कर्नेल का एक क्लस्टर लॉन्च करके, आप अंततः अपने क्यूसी के सही निकास की पुष्टि करने में सक्षम होंगे, जिसे उसने कुछ सेकंड में जारी किया था - और एक ही समय में क्यूसी परिमाण के कई आदेशों को तेजी से काम करता है। हालांकि, इसका मतलब यह भी है कि नमूना-आधारित सीपी प्रयोगों को उन 50-qubit उपकरणों के लिए डिज़ाइन किया गया है जो आज बनाते हैं। और यहां तक ​​कि सौ क्विट के साथ, हम क्यूसी के परिणामों की पुष्टि करने में सक्षम नहीं होंगे, यहां तक ​​कि ग्रह की सभी कंप्यूटिंग शक्ति का उपयोग करते हुए।

मैं इस बात पर जोर देता हूं कि यह समस्या हमारे द्वारा किए जा रहे नमूनों के समान प्रयोगों के लिए विशिष्ट है। यदि शोर एल्गोरिथ्म कई 2000 अंकों का कारक है, तो हम इसे आसानी से परिणामी कारकों को गुणा करके और जाँचेंगे कि वे अपराधों से संबंधित हैं। या, यदि एक जटिल बायोमोलेक्यूल को अनुकरण करने के लिए CC का उपयोग किया जाता था, तो हम एक प्रयोग में इसके संचालन का परीक्षण कर सकते थे।

Q7: एक मिनट रुकिए। यदि क्लासिक कंप्यूटर केपी पर प्रयोग के परिणामों को केवल प्रयोग के सिमुलेशन मोड में सत्यापित कर सकते हैं (यद्यपि धीमी गति से), तो यह "क्वांटम श्रेष्ठता" कैसे हो सकती है?

आप चलिए। 53 क्विबिट की चिप के साथ, यह एक मोड में कई मिलियन गुना त्वरण की अपेक्षा करने के लिए काफी तार्किक है जिसमें आप अभी भी सीधे काम के परिणाम की जांच कर सकते हैं, और यह भी देखने के लिए कि क्वैबिट की संख्या में वृद्धि के साथ त्वरण तेजी से बढ़ जाता है - जैसा कि एसिम्प्टोटिक विश्लेषण ने भविष्यवाणी की थी।

प्रश्न 8: क्या कोई गणितीय प्रमाण है कि कोई तेज शास्त्रीय एल्गोरिथ्म नहीं है जो नमूना के साथ केपी प्रयोग से आगे निकल जाएगा?

आज नहीं। लेकिन यह केपी शोधकर्ताओं का दोष नहीं है! सैद्धांतिक सूचना विज्ञान के विशेषज्ञ पी es एनपी या पी you PSPACE जैसे सरलतम परिकल्पनाओं को साबित करने में भी असमर्थ हैं, इसलिए आपको उम्मीद नहीं करनी चाहिए कि यह त्वरित शास्त्रीय सिमुलेशन की उपस्थिति को असमान रूप से बाहर करना संभव होगा। हम केवल सशर्त जटिलता की आशा कर सकते हैं। और हमने वास्तव में इनमें से कुछ परिणामों को साबित किया। इस क्षेत्र में सबसे बड़ी सैद्धांतिक समस्या सशर्त जटिलता के सर्वोत्तम परिणामों का प्रमाण है।

Q9: क्या नमूने के फ्रेम का कोई उपयोगी उपयोग है?

जब पहली बार इस विषय के बारे में सोचते हैं, तो लोग आमतौर पर मानते थे कि इस प्रश्न का स्पष्ट उत्तर "नहीं" था (और मैं उनमें से एक था)। लेकिन हाल ही में, स्थिति बदल गई है - उदाहरण के लिए, पुष्टि किए गए यादृच्छिकता के मेरे प्रोटोकॉल के लिए धन्यवाद, जो दर्शाता है कि कैसे नमूना के साथ एक सीपी के साथ एक प्रयोग बहुत जल्दी एक बिट जनरेटर में बदल सकता है, जिसमें से एक यादृच्छिकता को संदेहवादी तृतीय-पक्ष पर्यवेक्षक (कुछ कम्प्यूटेशनल मान्यताओं के तहत) साबित किया जा सकता है। और यह संभावित रूप से PoS क्रिप्टोकरेंसी और अन्य क्रिप्टोग्राफ़िक प्रोटोकॉल के निर्माण के लिए लागू किया जा सकता है। मुझे उम्मीद है कि निकट भविष्य में इस तरह के और अधिक एप्लिकेशन खोजे जाएंगे।

Q10: यदि KP प्रयोग केवल यादृच्छिक बिट्स उत्पन्न करते हैं, तो क्या यह दिलचस्प है? क्या केवल माप द्वारा यादृच्छिक बिट्स में बिट्स को बदलना एक तुच्छ कार्य नहीं है?

लब्बोलुआब यह है कि केपी के साथ प्रयोग समान यादृच्छिक बिट्स उत्पन्न नहीं करता है। वह 50-बिट या 60-बिट लाइनों पर कुछ जटिल सहसंबंधी संभाव्यता वितरण से चयन करता है। मेरे पुष्ट यादृच्छिकता प्रोटोकॉल में, एकरूपता से विचलन केंद्रीय भूमिका निभाते हैं कि कैसे सीपी एक क्लासिक संशय को मना सकता है कि बिट्स वास्तव में यादृच्छिक हैं और एक गुप्त प्रणाली (एक छद्म यादृच्छिक संख्या जनरेटर की तरह) नहीं है।

Q11: लेकिन क्वांटम यांत्रिक प्रयोगों के दशकों हैं - उदाहरण के लिए, जो बेल की असमानताओं का उल्लंघन करते हैं - पहले से ही केपी का प्रदर्शन नहीं किया गया है?

यह केवल शब्दों में एक भ्रम है। उन प्रयोगों ने "क्वांटम श्रेष्ठता" के अन्य प्रकार दिखाए। उदाहरण के लिए, बेल की असमानताओं के उल्लंघन के मामले में, यह "क्वांटम सहसंबंध श्रेष्ठता" था। यह कम्प्यूटेशनल श्रेष्ठता नहीं दिखाता था, अर्थात, ऐसा कुछ जिसे शास्त्रीय कंप्यूटर पर सिम्युलेटेड नहीं किया जा सकता है (इस तथ्य के बावजूद कि शास्त्रीय सिमुलेशन में स्थानिक इलाके या उस तरह की चीज़ों पर प्रतिबंध नहीं होगा)। आज, लोगों को आमतौर पर केपी द्वारा क्वांटम कंप्यूटिंग श्रेष्ठता का मतलब है।

Q12: ठीक है, लेकिन सामग्री और रासायनिक प्रतिक्रियाओं के अनगिनत उदाहरण हैं जो शास्त्रीय रूप से अनुकरण करना मुश्किल हैं, साथ ही विशेष क्वांटम सिमुलेटर (उदाहरण के लिए, हार्वर्ड से ल्यूकिन समूह)। उन्हें केपी के उदाहरण क्यों नहीं माना जाता है?

कुछ परिभाषाओं द्वारा, उन्हें केपी के उदाहरण माना जा सकता है! Google शोधकर्ताओं के काम के बीच महत्वपूर्ण अंतर यह है कि उनका डिवाइस पूरी तरह से प्रोग्राम योग्य है - इसे निकटतम पड़ोसी के साथ 2-qubit फाटकों के एक मनमाना अनुक्रम में क्रमादेशित किया जा सकता है, बस एक क्वांटम कंप्यूटर से आवश्यक संकेत भेज सकता है।

दूसरे शब्दों में, केपी-स्केप्टिक्स अब ग्रंट नहीं कर सकते हैं, वे कहते हैं, अगर क्वांटम सिस्टम हैं जो शास्त्रीय रूप से अनुकरण करना मुश्किल है, तो यह केवल इसलिए है क्योंकि प्रकृति को अनुकरण करना मुश्किल है, और हम मनमाने ढंग से नहीं बदल सकते हैं जो यादृच्छिक रासायनिक यौगिक पाते हैं। प्रकृति, इसलिए, इन प्रणालियों को "कंप्यूटर जो खुद को अनुकरण करते हैं" नहीं माना जा सकता है। किसी भी उचित परिभाषा के अनुसार, Google, आईबीएम और अन्य कंपनियों द्वारा बनाए जा रहे सुपरकंडक्टिंग डिवाइस आज वास्तविक कंप्यूटर हैं।

Q13: क्या आपने क्वांटम श्रेष्ठता की अवधारणा का आविष्कार किया है?

नहीं। मैंने उनकी परिभाषा में एक भूमिका निभाई, यही वजह है कि सबीना होसेनफेलर और अन्य ने मुझे इस विचार में बहुत बड़ी भूमिका के लिए जिम्मेदार ठहराया। "क्वांटम श्रेष्ठता" शब्द 2012 में जॉन प्रेस्किल द्वारा गढ़ा गया था, हालांकि कुछ मायनों में महत्वपूर्ण अवधारणा 1980 के दशक की शुरुआत में क्वांटम कंप्यूटिंग की शुरुआत से ही थी। 1994 में, बड़ी संख्या में कारक के लिए शोर एल्गोरिथ्म का उपयोग केपी के क्षेत्र में एक वास्तविक प्रयोग बन गया - हालांकि यह समस्या आज भी हल करना मुश्किल है।

विचार का सार, जो नमूना समस्या का उपयोग करते हुए सीपी को प्रदर्शित करने के बजाय था, जहां तक ​​मुझे पता है, पहली बार 2002 के दूरदर्शी काम में बारबरा थरल और डेविड डिविंकेन्जो द्वारा प्रस्तावित किया गया था। "आधुनिक" प्रयोगों को व्यवस्थित करने का प्रयास 2011 में शुरू हुआ, जब एलेक्स आर्किपोव और मैंने बोसोनसम्पलिंग पर अपना काम प्रकाशित किया, और ब्रेमर, जोसा और शेफर्ड ने हैमिल्टन के स्विच पर हमारे काम को प्रकाशित किया। इन कार्यों ने न केवल यह दिखाया कि "सरल", न कि सार्वभौमिक क्वांटम सिस्टम नमूने के साथ जटिल समस्याओं को हल कर सकते हैं, बल्कि यह भी कि इन समस्याओं के लिए एक प्रभावी शास्त्रीय एल्गोरिथ्म बहुपद पदानुक्रम के पतन का कारण होगा । आर्किपोव और मैंने यह साबित करने के लिए पहला कदम भी उठाया कि क्वांटम-नमूनाकरण समस्याओं के अनुमानित संस्करण भी शास्त्रीय रूप से जटिल हो सकते हैं।

जहाँ तक मुझे पता है, "सर्किट के बेतरतीब नमूने" का विचार - अर्थात, अतिचालक वास्तुकला में यादृच्छिक 2-qubit वाल्व अनुक्रमों के चयन के माध्यम से एक जटिल नमूना समस्या पैदा करना - उस ईमेल पत्राचार में दिखाई दिया जो मैंने दिसंबर 2015 में शुरू किया था, जिसमें जॉन ने भी भाग लिया था मार्टिनिस, हार्टमुट निवेन, सर्जियो बोइक्सो, एशले मोंट्रो, माइकल ब्रेमर, रिचर्ड जोसा, अराम हैरो, ग्रेग कूपरबर्ग और अन्य। पत्राचार को "एक मुश्किल 40 क्विट नमूनाकरण समस्या" कहा गया था, और मेरा पत्र "स्पैम के लिए खेद" शब्दों के साथ शुरू हुआ। मैंने नमूने के साथ केपी का प्रदर्शन करने के तीन विकल्पों में से कुछ फायदे और नुकसान पर चर्चा की: (1) यादृच्छिक आकृति, (2) हैमिल्टनियन, (3) बोसोनसम्पलिंग। कूपरबर्ग ने पहले विकल्प का बचाव करने के बाद, प्रतिभागियों के बीच एक आम सहमति बनाई,यह पहला विकल्प इंजीनियरिंग के दृष्टिकोण से वास्तव में सबसे अच्छा था - और यह कि अगर (1) के लिए मौजूदा सैद्धांतिक विश्लेषण पर्याप्त नहीं है, तो हम कुछ के साथ आ सकते हैं।

उसके बाद, Google के एक समूह ने यादृच्छिक आकृति, दोनों सैद्धांतिक और संख्यात्मक, और लिजी चेन और बुलंद के नमूनों के विश्लेषण की एक बड़ी संख्या का आयोजन किया और मेरे सहयोगियों ने समस्या की शास्त्रीय जटिलता के लिए विभिन्न प्रकार के साक्ष्य प्रस्तुत किए।

Q14: यदि KP प्राप्त किया जाता है, तो संशय के लिए इसका क्या अर्थ होगा?

मैं उनकी जगह पर नहीं रहना चाहूंगा! वे उस स्थिति में जा सकते हैं जहां केपी संभव है (और जिन्होंने कहा कि यह असंभव है; वे निश्चित रूप से नहीं हैं!), और यह कि त्रुटियों की क्वांटम सुधार हमेशा एक वास्तविक समस्या रही है। और उनमें से कई ने वास्तव में इस विशेष स्थिति का समर्थन किया। लेकिन मेरे दोस्त गिल काइले सहित अन्य लोगों ने ब्लॉग पोस्ट पर यहीं तर्क दिया कि केपी को मूलभूत कारणों से हासिल नहीं किया जा सकता है। और मैंने उन्हें निकलने नहीं दिया।

Q15: आगे क्या?

केपी तक पहुंचने का मतलब है कि Google समूह के पास पहले से ही पुष्टि किए गए यादृच्छिक बिट्स उत्पन्न करने के लिए मेरे प्रोटोकॉल को प्रदर्शित करने के लिए आवश्यक उपकरण हैं । और यह वास्तव में पहली चीजों में से एक है जिसे हम करने की योजना बनाते हैं।

अगले स्पष्ट मील का पत्थर उपयोगी क्वांटम सिमुलेशन (उदाहरण के लिए, संघनित राज्य प्रणालियों) के लिए 50-100 क्विबेट के साथ एक प्रोग्राम योग्य क्यूसी का उपयोग किया जाएगा जो कि किसी भी ज्ञात शास्त्रीय विधियों की तुलना में तेज़ हैं। दूसरा स्पष्ट मील का पत्थर क्वांटम त्रुटि सुधार के उपयोग का प्रदर्शन होगा, ताकि एन्कोडेड क्वबिट अंतर्निहित भौतिक कक्षाओं की तुलना में अधिक समय तक जीवित रहे। इसमें कोई संदेह नहीं है कि Google, IBM और अन्य खिलाड़ी इन दोनों मील के पत्थर के लिए प्रयास करने के लिए दौड़ करेंगे।

लेख प्रकाशित करने के बाद, स्टीव गिर्विन ने मुझे याद दिलाया कि येल से समूह पहले ही पहुंच चुके थेक्वांटम त्रुटि सुधार, एक बोसोनिक प्रणाली में यद्यपि, और सुपरकंडक्टिंग क्वैब की प्रणाली में नहीं। इसलिए, शायद, अगले मील का पत्थर बेहतर रूप में तैयार किया गया है: एक प्रणाली में क्वांटम कम्प्यूटेशनल श्रेष्ठता और उपयोगी क्वांटम त्रुटि सुधार को प्राप्त करना।