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Le processeur quantique de Google peut atteindre la suprématie quantique en quelques mois

Le processeur quantique de Google peut atteindre la suprématie quantique en quelques mois


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Bien que j'aie dit il y a plusieurs mois que nous trouverions un moyen de ramener la loi de Moore, je ne m'attendais pas à ce que cela se passe comme ça. Dans un nouveau rapport en Magazine Quanta par Kevin Hartnett, Hartmut Neven, le directeur du laboratoire d'intelligence artificielle quantique de Google, révèle que la croissance de la puissance avec chaque nouvelle amélioration du meilleur processeur quantique de Google ne ressemble à rien de ce que l'on trouve dans la nature. Il croît non seulement à un rythme exponentiel, comme dans la loi de Moore, mais à un taux doublement exponentiel, ce qui signifie que nous ne sommes peut-être qu'à quelques mois du début de l'ère pratique de l'informatique quantique.

Hartmut Neven de Google nous dit de nous préparer

La pièce de Hartnett devrait être un réveil majeur pour le monde. Alors que nous avançions, pensant que demain serait plus ou moins comme aujourd'hui, quelque chose d'extraordinaire semble se passer dans les laboratoires d'IA quantique de Google à Santa Barbara, en Californie. En décembre 2018, Neven et son équipe ont commencé à effectuer un calcul sur le meilleur processeur quantique de l'entreprise lorsqu'ils ont commencé à voir quelque chose d'incroyable.

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«Ils ont pu reproduire le calcul [du processeur quantique] à l'aide d'un ordinateur portable ordinaire», écrit Hartnett. «Puis en janvier, ils ont effectué le même test sur une version améliorée de la puce quantique. Cette fois, ils ont dû utiliser un ordinateur de bureau puissant pour simuler le résultat. En février, il n'y avait plus d'ordinateurs classiques dans le bâtiment qui pouvaient simuler Pour ce faire, les chercheurs ont dû demander du temps sur l'énorme réseau de serveurs de Google.

"Quelque part en février, j'ai dû passer des appels pour dire:" Hé, nous avons besoin de plus de quotas "", a déclaré Nevens à Hartnett. "Nous exécutions des emplois comprenant un million de processeurs."

Le processeur quantique le plus performant de Google faisait quelque chose qui n'a pas de parallèles évidents dans la nature. "La croissance doublement exponentielle", écrit Hartnett, "est si singulière qu'il est difficile d'en trouver des exemples dans le monde réel. Le taux de progrès de l'informatique quantique peut être le premier."

L'accélération sans précédent des vitesses de calcul quantique identifiées par Neven a commencé à être appelée loi de Neven par les chercheurs de Google dans une référence pas si subtile à la loi de Moore de l'informatique classique, mais avec une différence. Ils sont d'une certaine nature, mais ce qui se passe chez Google n'est pas simplement le retour de la loi de Moore pour l'ère quantique; La loi de Neven nous montre que nous sommes peut-être sur le point de plonger dans un monde entièrement étranger dans quelques mois seulement.

Pourquoi la loi de Moore continue d'avoir de l'importance même après sa disparition

Au cours de la dernière décennie, les informaticiens et les ingénieurs ont anticipé la fin apparemment brutale du progrès. La loi de Moore, une directive approximative qui dit qu'un transistor en silicium peut être réduit d'environ la moitié environ tous les deux ans, est fonctionnellement mort depuis au moins quelques années maintenant.

Pendant qu'il vivait, cependant, il était capable d'entasser de plus en plus de transistors sur des puces de différentes tailles, permettant d'abord aux ordinateurs centraux, puis aux serveurs, puis aux ordinateurs personnels et maintenant aux appareils mobiles. Tous les deux ans, chaque nouvel appareil n'était pas seulement une amélioration; il y aurait des changements technologiques révolutionnaires aussi souvent que deux ou trois fois en une seule décennie.

Le doublement de la puissance de traitement de chaque génération de puces informatiques tous les deux ans et la conséquence de ce taux de croissance est le saut réalisé en passant des ordinateurs à cartes perforées calculant les trajectoires de vol des astronautes d'Apollo se dirigeant vers la lune à la naissance et à la maturation du Internet, des ordinateurs ultra-rapides dans nos poches et des réseaux de neurones capables de gérer toute l'infrastructure de la fonction publique des villes de Chine en moins de 50 ans.

Le saut technologique que l'humanité a fait avec le transistor en silicium a été la plus grande innovation de l'histoire de l'humanité. Aucune autre découverte ou invention, pas même le feu, n'a autant transformé, si vite notre expérience humaine - et nous savons depuis au moins une décennie que ce rythme de changement ne pourrait pas durer éternellement. Les transistors étant réduits à seulement sept nanomètres de long, les ingénieurs se battent pour maintenir une charge électrique circulant dans des canaux dont les parois ne sont que des atomes d'épaisseur.

Réduisez la taille du transistor et le courant électrique qui alimente les calculs et la logique du processeur saute simplement le canal ou s'échappe du composant après que les atomes destinés à contenir le flux d'électrons sont perturbés au fil du temps.

Alors que de plus en plus de transistors commencent à tomber en panne et à fuir leurs électrons dans d'autres composants, ceux-ci s'usent plus rapidement et subissent des taux d'erreur plus élevés, inhibant les performances du processeur dans son ensemble jusqu'à ce que le tout devienne un tamis d'électrons inutile et qui fuit.

Étant donné que les ingénieurs ne peuvent pas stabiliser les composants du processeur s'ils deviennent plus petits, la puce de silicium a atteint sa limite physique - mettant fin à la loi de Moore et avec elle l'espoir que dans deux ans, les ordinateurs seront deux fois plus rapides qu'ils le sont. aujourd'hui.

Nous n'aimons pas du tout ça, c'est le moins qu'on puisse dire. On voit le potentiel technologique culminer à l'horizon; s'approcher si près et être retenu par les lois physiques est le genre de chose qui nous a d'abord poussé à innover.

Alors, que faites-vous si vous ne pouvez pas fabriquer un ordinateur plus rapide en utilisant des échelles atomiques? Les scientifiques et les ingénieurs ont inévitablement franchi l'étape suivante et cherché quelque chose de plus petit que l'atome pour une réponse, à la mécanique quantique.

Le monde quantique

Le monde quantique, cependant, ne ressemble pas du tout au monde classique. Les particules subatomiques exotiques se comportent de manière difficile à accepter. Ils peuvent passer à travers les lois fondamentales de la physique sans manquer une étape, comme le fait l'intrication quantique lorsque des particules appariées communiquent instantanément entre elles, même si elles se trouvent sur des côtés opposés de l'univers.

Schroedinger lui-même, l'un des principaux découvreurs de la mécanique quantique, a proposé sa célèbre expérience de pensée sur un chat dans une boîte à la fois vivante et morte pour démontrer à quel point ses théories devenaient absolument absurdes. Il ne pouvait pas croire que c'était exactement tel qu'il était.

Aussi exaspérant qu'il était, le fait inévitable est que le chat de Schroedinger est en effet à la fois vivant et mort en même temps et le restera jusqu'à ce qu'un observateur ouvre la boîte pour le vérifier; c'est le moment où l'univers doit décider, de manière purement aléatoire, de l'état ultime du chat.

Non seulement cette superposition du chat de Schroedinger a été prouvée dans la pratique, mais la superposition de particules est aussi de là que vient la puissance d'un ordinateur quantique.

En opérant sur une particule en superposition - appelée un bit quantique, ou qubit- beaucoup plus de données peuvent être contenues dans la mémoire quantique avec beaucoup moins de bits que dans les ordinateurs classiques, et les opérations sur un qubit postuler à toutes les valeurs possibles cette qubit prend. Quand ces qubits sont jumelés avec d'autres interdépendants qubits--peut effectuer des opérations logiques beaucoup plus compliquées en beaucoup moins de temps.

Ce potentiel d'amélioration drastique de la vitesse de traitement par rapport aux processeurs classiques est ce qui est à l'origine du battage médiatique autour de l'informatique quantique en ce moment. C'est notre façon de maintenir le rythme actuel des progrès, qui ne se limite plus au bord de l'eau d'ici la fin de la loi de Moore.

Comment l'informatique quantique est garantie pour améliorer notre technologie

Alors, quelle est la puissance de l'informatique quantique exactement? Que signifie cette vitesse, en termes réels? Pendant un moment, la réponse fut rien. C'était en fait une idée ridicule que personne ne prenait vraiment au sérieux.

Proposé de diverses manières au fil des ans dans des articles universitaires depuis les années 1970, il est apparu de temps en temps mais non seulement il était impossible d'imaginer un tel système dans la pratique; une telle machine ne servirait aucun objectif réel pour justifier même d'investir de l'argent pour enquêter sur elle. Puis, en 1994, le mathématicien Peter Shor a publié un article qui a tout changé.

Shor a créé un algorithme qui a ouvert un problème mathématique brutalement insoluble qui est à la base de la cryptographie RSA moderne, le problème de la factorisation des nombres entiers premiers. La factorisation en prime d'un entier de plusieurs milliers de chiffres n'est tout simplement pas quelque chose qu'un ordinateur classique peut faire efficacement, quel que soit le nombre de processeurs que vous lui lancez; les algorithmes nécessaires ne sont pas connus ou n'existent pas.

Même si les ordinateurs modernes sont devenus plus puissants et ont pu utiliser la puissance de traitement brute pour déchiffrer les clés de chiffrement antérieures de 256 bits, 512 bits et encore plus de bits, tout ce qu'il faudrait faire est de multiplier le nombre de bits utilisé pour votre clé par deux et votre nouveau schéma était littéralement exponentiellement plus fort que celui qui vient d'être fissuré.

Un ordinateur classique ne parvient pas à résoudre de manière exponentielle ces problèmes à mesure que les nombres impliqués augmentent. Cette limitation, connue sous le nom de complexité temporelle, a finalement mis certaines choses au-delà de la capacité des ordinateurs classiques à jamais vraiment résoudre. L'allongement des clés de chiffrement RSA peut très rapidement commencer à ajouter des millions, des milliards et même des billions d'années au temps nécessaire pour déchiffrer la clé de chiffrement à l'aide d'un ordinateur classique.

Ce que Shor a montré, c'est que l'utilisation de la superposition de qubits vous permettrait de résoudre le problème de factorisation beaucoup plus rapidement. Cela peut prendre encore beaucoup de temps pour casser le cryptage RSA le plus dur, mais un problème d'un billion de billions d'années a été transformé en un problème de 2 à 5 ans avec un ordinateur quantique - et seulement avec un ordinateur quantique.

Si la loi de Neven disparaît, l'informatique quantique sera là dans moins d'un an

Les gens ont finalement remarqué après que Shor a publié son article et réalisé que c'était quelque chose de complètement différent de l'informatique classique, et potentiellement des ordres de grandeur plus puissants.

Les gens ont commencé à voir le potentiel, mais dans les 20 ans et plus depuis que l'algorithme de Shor est apparu pour la première fois, exécuter cet algorithme et peut-être quelques autres algorithmes quantiques publiés dans les années qui ont suivi restent la seule raison pour laquelle nous aurions jamais besoin d'un ordinateur quantique dans le premier. endroit. On nous a dit que cela allait tout changer, et nous avons attendu car très, très peu de choses semblent se passer dans la réalité.

Même de nombreux professionnels de l'informatique, y compris des titulaires de doctorat et des vétérans de l'industrie qui connaissent la science derrière tout cela, ont exprimé leur scepticisme quant à la capacité de l'informatique quantique à tenir ses promesses parfois incroyables. Cela pourrait cependant changer après que Neven a rendu public en mai l'incroyable croissance des processeurs quantiques de Google au Quantum Spring Symposium de Google et a présenté au monde la «loi» qui porte son nom.

Il a révélé que ce que lui et le reste de l'équipe informatique quantique de Google recherchaient était la croissance "doublement exponentielle" de la puissance de calcul quantique par rapport à l'informatique classique: "il semble que rien ne se passe, rien ne se passe, et puis oups, tout à coup vous êtes dans un monde différent », a-t-il déclaré. "C’est ce que nous vivons ici."

Que signifie réellement une croissance double exponentielle?

Selon Neven, deux facteurs se combinent pour produire ce taux de croissance incroyable que Google voit dans ses puces informatiques quantiques.

Le premier étant simplement l'avantage exponentiel naturel de l'informatique quantique par rapport à un ordinateur classique. Là où les bits classiques ne peuvent être que dans un état à un instant donné, 1 ou 0, un qubit en superposition vaut à la fois 1 et 0. Cela signifie qu'un qubit devient exponentiellement plus efficace en termes de représentation et de traitement des données pour chaque qubit supplémentaire ajouté. Pour un nombre donné de qubits n dans un processeur quantique, ils font le même travail ou contiennent la même quantité de données que 2n bits classiques. 2 qubits équivaut à 4 bits, 4 qubits équivaut à 16 bits, 16 qubits équivaut à 65, 536 bits, etc.

Le second est plus directement lié aux améliorations que Google apporte à ses processeurs quantiques. Selon Neven, Google voit ses meilleurs processeurs quantiques s'améliorer à un rythme exponentiel, ce qu'IBM a également vu avec son IBM Q System One. Pris ensemble, dit Neven, vous vous retrouvez avec un taux de croissance doublement exponentiel de l'informatique quantique par rapport à l'informatique classique.

À quoi ressemble une croissance doublement exponentielle? La fonction de croissance exponentielle classique lorsqu'il s'agit de bits est évidemment le doublement, une fonction définie comme 2n dans les systèmes binaires. Comment doubler le doublement? Remplacez simplement le n dans la fonction de doublement avec une autre fonction de doublement, ou 22n.

Puisque la loi de Moore est une fonction de doublement, nous pouvons représenter la loi de Moore comme ceci, où n représente un intervalle de deux ans:

n Puissance de calcul classique (2n)
* 1 2

* 2 4
* 3 8
* 4 16
* 5 32
* 6 64
* 7 128
* 8 256
* 9 512
* 10 1024

Alors qu'est-ce que Loi de Neven ressembler? Cela ressemblerait à quelque chose comme ça, où n équivaut à chaque nouvelle amélioration du processeur quantique de Google:

n 2n 2(2n) Puissance de calcul quantique par rapport à la puissance de calcul classique

* 1 2 2 4
* 2 4 24 16
* 3 8 28 256
* 4 16 216 65,536
* 5 32 232 4,294,967,296
* 6 64 264 18,446,744,073,709,551,616
* 7 128 2128 3.4028236692093846346337460743177e + 38
* 8 256 2256 1.1579208923731619542357098500869e + 77
* 9 512 2512 1.3407807929942597099574024998206e + 154
* 10 1024 21024 1.797693134862315907729305190789e + 308

Après la liste ci-dessus 6, les nombres commencent à devenir si grands et abstraits que vous perdez le sens du fossé entre où Google est et où il sera à l'étape suivante.

Dans le cas de la loi de Moore, tout a commencé Années 1970 comme doublant chaque année, avant d'être révisé jusqu'à environ tous les deux ans. Selon Neven, Google augmente de façon exponentielle la puissance de ses processeurs sur un mensuelle à bimensuelle. Si Décembre 2018 est le 1 sur cette liste, lorsque Neven a commencé ses calculs, alors nous sommes déjà entre 5 et 7.

Dans Décembre 2019, dans six mois à peine, la puissance du processeur de calcul quantique de Google pourrait être 24096 fois pour 28192 fois aussi puissant qu’au début de l’année. Selon le récit de Neven, d'ici février - seulement trois mois après avoir commencé leurs tests, alors 3 sur notre liste -, Il y avaitplus d'ordinateurs classiques dans le bâtiment qui pourrait recréer les résultats des calculs de l'ordinateur quantique de Google, ce qu'un ordinateur portable faisait juste deux mois plus tôt.

Neven a déclaré qu'en conséquence, Google se prépare à atteindre suprématie quantique- le point où les ordinateurs quantiques commencent à surpasser les supercalculateurs simulant des algorithmes quantiques - en seulement quelques mois, ne pas ans: «On dit souvent que l'on pense y arriver en 2019. L'écriture est sur le mur.»

Le scepticisme est justifié, jusqu'à un certain point

Il est important de souligner que cette croissance de puissance est relative à la puissance d'un ordinateur classique, pas à une mesure absolue, et que le point de départ de l'informatique quantique il n'y a pas si longtemps serait comparable au UNIVAC ordinateurs de l'ère des tubes à vide Années 1940 et Années 1950.

Une grande partie de l'informatique théorique fondamentale de l'informatique quantique est encore en cours d'écriture et de débat, et certains doutent de la réalité d'une croissance «doublement exponentielle» par rapport à l'informatique classique.

Après tout, la loi de Moore peut être faite pour, mais l'informatique classique n'est pas morte, elle continue de s'améliorer à ce jour et continuera de le faire à mesure que de nouveaux algorithmes sont développés pour améliorer l'efficacité des ordinateurs classiques.

Pourtant, d'autres disent qu'il ne suffit pas de minimiser ou de contester les progrès rapides revendiqués par Google pour ses processeurs quantiques. IBM est peut-être plus modeste dans ses prédictions sur la suprématie quantique, mais ils sont convaincus de pouvoir y parvenir dans environ trois ans. Il y a cinq ans, beaucoup pensaient que nous ne verrions pas d'ordinateur quantique avant 2025 ou même aussi tard qu'en 2030 et au-delà.

Maintenant, il semble que nous pourrions même voir la vraie affaire d'ici Noël, et il n'y a aucune raison de penser que la puissance des ordinateurs quantiques ne continuera pas à augmenter encore une fois que Google ou IBM ou même quelqu'un d'autre aura réalisé suprématie quantique.


Voir la vidéo: Puissance de calcul: Les chinois ont ils atteint la suprématie quantique? (Juillet 2022).


Commentaires:

  1. Aisford

    Quels sont les bons mots ... super, idée brillante

  2. Arian

    A mon avis tu te trompes. Je peux défendre ma position. Ecrivez moi en MP, on discutera.

  3. Dondre

    Vous n'êtes pas correcte. Nous discuterons. Ecrivez en MP, on en reparlera.



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