Ist der 72-Bit-Quantencomputer von Google noch sicher?

Auf der diesjährigen Jahrestagung der American Physical Society in Los Angeles machte Google einen großen Schritt und veröffentlichte Bristlecon, den weltweit ersten universellen 72-Bit-Quantencomputer, der eine niedrige Fehlerrate von 1 % erreichte, was ähnlich ist Google hatte zuvor einen 9-Qubit-Universalquantencomputer beteiligt. Dieser Prozessor kann Wissenschaftlern nicht nur bei der Erforschung von Quantensimulationen helfen, sondern findet auch Anwendungen in der Quantenoptimierung und im quantenmaschinellen Lernen.

Google-Beamte sagten:

Wir sind vorsichtig und optimistisch zuversichtlich, dass Bristlecone die Quantenüberlegenheit erreichen kann.

Googles neuester Quantenprozessor Bristlecon

Über diesen Quantencomputer können wir die folgenden Konzepte verstehen:

Quantenüberlegenheit

„Quantenüberlegenheit“ ist auch als „Quantenüberlegenheit“ bekannt, ein Begriff, der sich auf die Fähigkeit von Quantencomputern bezieht, klassische Supercomputer bei bestimmten Arten von Gleichungen zu übertreffen. Konkret ist ein 50-Qubit-Quantencomputer besser als jeder derzeit verfügbare klassische Computer. Erst wenn die Quantenüberlegenheit erreicht ist, kann ein Quantencomputer als echter Quantencomputer betrachtet werden. Allerdings ist auch unter Quantenphysikern umstritten, mit welcher Metrik die Leistung eines Quantenprozessors gemessen wird, um festzustellen, ob die Quantenüberlegenheit erreicht wurde.

Es ist bekannt, dass die Rechenleistung von Quantencomputern die Fähigkeiten der fortschrittlichsten Supercomputer bei weitem übersteigt. Einige Experten glauben, dass dies ein großer Schritt in der Entwicklung von Quantenchips ist. Quantenteilchen werden in einer zweidimensionalen Anordnung angeordnet, was das Steuerungssystem komplexer macht. Dies kommt dem näher, was für die Oberflächenkodierung erforderlich ist, also die Fähigkeit, Quanten in einem Quantensystem zu manipulieren, um nützliche Berechnungen durchzuführen. Relevante Google-Mitarbeiter glauben, dass der dieses Mal veröffentlichte neue Prozessor nicht nur die Quantenhegemonie erreichen wird, sondern Google hat auch ein Benchmark-Tool entwickelt, um zu messen, ob Quantencomputer den Standard der Quantenhegemonie erreicht haben. Dieser Test wendet zufällige einzelne Quantenschaltkreise auf einen Prozessor an und misst die Ausgabe einer klassischen Simulation.

Bristlecone

Dieser Computer wurde vom Google Quantum AI Lab entwickelt und basiert auf einer von Google-Forschern entwickelten Neun-Bit-Matrix. Er ähnelt der Form eines Tannenzapfens, daher der Name „Bristlecone“. (Borstenzapfenkiefer). Das Ziel des Quantum AI Lab von Google besteht darin, Quantencomputer zu bauen, mit denen reale Probleme gelöst werden können. Ihre Forschungsstrategie besteht darin, kurzfristige Lösungen für Systeme zu erforschen, die mit groß angelegten, universellen Fehlern kompatibel sind. korrigierbare Quantencomputer.

Schematische Darstellung der Chipstruktur, jedes „X“ stellt ein Qubit dar und die benachbarten Qubits sind verbunden

Um dem Quantenprozessor dies zu ermöglichen Um andere Algorithmen als klassische Simulationsalgorithmen zu betreiben, sind sicherlich mehr Qubits (Qubits) erforderlich, aber es sind auch mehr erforderlich. Entscheidend ist, dass der Prozessor niedrige Fehlerraten bei Lese- und Logikoperationen wie Single- und Dual-Qubit-Gattern aufrechterhalten muss.

Qubits

Qubits sind eine quantenanaloge Form digitaler Bits und die kleinsten Informationseinheiten, die von herkömmlichen Computern verarbeitet werden. Digitale Bits sind jedoch binär und können nur zwischen 0 und 1 wählen. Und Qubits können in Überlagerungen von Zuständen existieren (ihre Werte können 0, 1 oder andere Kombinationen sein). Bei N Qubits können theoretisch 2^N Daten gleichzeitig gespeichert werden. Beispielsweise können 250 Qubits 2^250 Daten speichern, was mehr ist als alle Atome im bekannten Universum zusammen. Wenn ein Quantencomputer Operationen ausführt, kann er 2^N mathematische Operationen gleichzeitig berechnen, was einem klassischen Computer entspricht, der 2^N Berechnungen wiederholt. Es zeigt sich, dass Quantencomputer viel Zeit und Recheneinheiten einsparen können, indem sie es Quantencomputern ermöglichen, Datenbanken abzufragen, große Primzahlen zu zerlegen oder komplexe wissenschaftliche Modelle zu erstellen, und dass sie effizienter und genauer sind als Supercomputer.

Anzahl der Qubits

Aber die Erstellung eines großen Quantencomputers ist nicht nur so einfach wie das Aneinanderreihen einer Reihe von Qubits. Das Erstellen von Qubit-Arrays ist eine anspruchsvolle Aufgabe. Für die erfolgreiche Herstellung und ordnungsgemäße Funktion sind häufig spezielle Materialien, teure Laseraufbauten und/oder extreme Umgebungsbedingungen erforderlich, je nachdem, ob das Qubit auf Ionen, Spin-Halbleitern oder Google-Prozessoren oder supraleitenden Schaltkreisen basiert.

Es ist zu beachten, dass das Qubit selbst sehr empfindlich auf Störungen in der Umgebung reagiert. Nicht ideale Umgebungen können Probleme mit dem Zustand des Qubits verursachen und sind daher sehr fehleranfällig. Die Schaffung leistungsstarker Qubit-Arrays mit minimalen Fehlerraten ist eines der größten Hindernisse zwischen Physikern und leistungsstarken Quantencomputern.

Fehlerrate

Da der Quantenzustand sehr instabil ist, reichen nur 50 Qubits nicht aus, da die Quantenverschränkung der Qubits schief geht, und nur genügend Qubits Nur mit einer geringen Fehlerrate Kann echte Quantenüberlegenheit erreicht werden?

Bristlecone installieren

Die in diesem 72-Bit-Quantencomputer verwendete Qubit-Matrix (ähnlich dem vorherigen universellen 9-Qubit-Quantencomputer) kann eine Lesefehlerrate von 1 %, eine Single-Qubit-Gate-Fehlerrate von 0,1 % und eine Fehlerrate von 0,6 % erreichen % Dual-Qubit-Gate-Fehlerrate. Bit-Gate-Fehlerrate. Qubit-Gatter sind Quantengatter (auch Quantenlogik genannt), die grundlegend sind und einen Quantenschaltkreis mit einer kleinen Anzahl von Qubits betreiben. Es ist die Grundlage von Quantenschaltungen, genau wie die Beziehung zwischen traditionellen Logikgattern und allgemeinen digitalen Schaltungen. Herkömmliche Quantengatter führen logische Operationen an einem oder zwei Qubits durch und erzeugen letztendlich eine einzige Ausgabe.

Quantencomputer können Bitcoin knacken

Derzeit werden Quantencomputer nur im Bereich der wissenschaftlichen Forschung eingesetzt, aber wenn, wie Google Labs sagt, Bristlecone die Quantenhegemonie erreichen kann, dann basieren Bitcoin und andere Bereiche darauf on Die virtuelle Währung der Blockchain-Technologie könnte geknackt werden.

Nach dem Mehrheitsprinzip in der Blockchain können andere nachfolgende Miner keine Bitcoins mehr erhalten, sobald ein Miner 51 % der Rechenleistung besitzt. Mit zunehmender Anzahl von Qubits in Quantencomputern wird in Zukunft auch der in der Blockchain verwendete asymmetrische Kryptographiealgorithmus, also das Public-Key-Kryptosystem, stärker gefährdet sein.

Durch die Verwendung eines Quantencomputers kann der Prozess der Verwendung des öffentlichen Schlüssels zur Ableitung des privaten Schlüssels vom Quantencomputer problemlos umgekehrt werden. Ausländische Medien Motherboard glaubt, dass ein 4.000-Qubit-Quantencomputer die Blockchain stören kann. Mit anderen Worten: Jede Person oder jedes Team, das einen solchen Quantencomputer zuerst entwickelt und anwendet, kann jede Transaktion lösen und verifizieren, und in Zukunft wird es noch mehr geben die nicht im Umlauf sind, werden von ihr monopolisiert und das Vertrauenssystem der Kryptowährungen wird zerstört. Weitere Informationen finden Sie im Sonderartikel von FreeBuf: Quantencomputing bewegt sich vom Konzept zur Realität. Ist die Verschlüsselung mit öffentlichen Schlüsseln in Gefahr?

Genau genommen wird das Aufkommen von Quantencomputern die gesamte Kryptografie des bestehenden Systems bedrohen und den Sicherheitsschutz der gesamten Finanz- und Bankenbranche neu definieren.

Viele Wissenschaftler glauben jedoch, dass Quantencomputer klassische Computer nicht ersetzen können. Da Quantencomputer aufgrund ihrer Recheneigenschaften nur in wenigen Bereichen einsetzbar sind, geht der Arbeitsbereich klassischer Computer weit über den von Quantencomputern hinaus.

Alle Entwickler der Blockchain-Technologie sollten jedoch auch wachsamer sein. Die Veröffentlichung des Quantencomputers von Google deutet darauf hin, dass es im zukünftigen Blockchain-Bereich zu weltbewegenden Veränderungen kommen könnte.