Google har rundt 20 kvantedatamaskiner på laboratoriet i Santa Barbara, hvor Dr Erik Lucero og teamet hans prøver å skape fremtidens databehandling.
Utenfor varmer lun septembersolskinn en idyllisk kyst, mens California soler seg på nok en perfekt dag.
Innvendig er det minus 460 Fahrenheit (-273 Celsius) på enkelte steder, kuldelommer som strutter av kvantemekanikkens umulige fysikk – en vitenskap der ting samtidig kan eksistere, ikke eksistere og også være noe midt i mellom.
Dette er Googles Quantum AI-laboratorium, der dusinvis av supersmarte mennesker arbeider på et kontor utstyrt med klatrevegger og elektriske sykler for å forme neste generasjon datamaskiner – en generasjon som vil være ulik alt brukere har i lommene eller på kontoret.
“Det er en ny type datamaskin som bruker kvantemekanikk å gjøre beregninger og lar oss… løse problemer som ellers ville vært umulig,” forklarer Erik Lucero, hovedingeniør ved campus nær Santa Barbara.
“Det kommer ikke til å erstatte din mobiltelefon, skrivebordet ditt; det kommer til å jobbe parallelt med disse tingene.”
Kvantemekanikk er et forskningsfelt som forskere sier kan brukes en dag for å begrense global oppvarmingdesigne bytrafikksystemer eller utvikle kraftige nye medikamenter.
Løftene er så store at regjeringer, teknologigiganter og oppstartsbedrifter rundt om i verden investerer milliarder av dollar i det, og bruker noen av de største hjernene som finnes.
Kvantedatamaskiner kommer ikke til å erstatte mobiltelefoner og stasjonære datamaskiner, men de kommer til å fungere sammen med dem.
Schrödingers katt
Gammeldags databehandling er bygget på ideen om binær sikkerhet: titusenvis av “biter” med data som hver definitivt enten er “på” eller “av”, representert med enten en eller null.
Kvanteberegning bruker usikkerhet: dens “qubits” kan eksistere i en tilstand av både enhet og nullhet i det som kalles en superposisjon.
Den mest kjente illustrasjonen av en kvantesuperposisjon er Schrodingers katt – et hypotetisk dyr innelåst i en boks med en giftflaske som kan knuses eller ikke.
Mens boksen er lukket, er katten levende og død samtidig. Men når du først forstyrrer hvor mye stat og åpne boksen, er spørsmålet om kattens liv eller død løst.
Kvantedatamaskiner bruker denne usikkerheten til å utføre mange tilsynelatende motstridende beregninger på samme tid – litt som å kunne gå ned alle mulige ruter i en labyrint på en gang, i stedet for å prøve hver enkelt i serie til du finner den rette veien.
Helt forståelig: Erwin Schrodingers tankeeksperiment hadde en katt i en boks som var både levende og død til den ble observert.
Vanskeligheten for kvantedatamaskindesignere er å få disse qubitene til å opprettholde sin superposisjon lenge nok til å gjøre en beregning.
Så snart noe forstyrrer dem – støy, møkk, feil temperatur – kollapser superposisjonen, og du sitter igjen med et tilfeldig og sannsynligvis useriøst svar.
Kvantedatamaskinen Google viste frem for journalister ligner en steampunk-bryllupskake hengt opp-ned fra en støttestruktur.
Hvert lag med metall og buede ledninger blir gradvis kaldere, ned til sluttfasen, hvor prosessoren på størrelse med håndflaten kjøles ned til bare 10 Millikelvin, eller omtrent -460 Fahrenheit (-273 Celsius).
Den temperaturen – bare en nyanse over absolutt null, den laveste temperaturen mulig i universet – er avgjørende for superledningsevnen Googles design er avhengig av.
Selv om lagkakedatamaskinen ikke er stor – omtrent en halv person høy – blir det tatt opp en anstendig mengde laboratorieplass med utstyret for å kjøle den ned – rør som suser over hodet med heliumfortynninger som komprimerer og utvider seg, med samme prosess som holder kjøleskapet ditt. kald.
På bunnen av lagkakedatamaskinen er det bare 10 Milikelvins, stort sett det kaldeste det kan være hvor som helst i universet.
Framtid
Men… hva gjør det hele egentlig?
Vel, sier Daniel Lidar, en ekspert på kvantesystemer ved University of South California, det er et felt som lover mye når det modnes, men som fortsatt er en pjokk.
“Vi har lært å krype, men vi har absolutt ikke ennå lært å gå eller hoppe eller løpe,” sa han til AFP.
Nøkkelen til dens vekst vil være å løse problemet med de superposisjonelle kollapsene – åpningen av kattens boks – for å tillate meningsfulle beregninger.
Etter hvert som denne prosessen med feilretting forbedres, kan problemer som bytrafikkoptimalisering, som er vanvittig vanskelig på en klassisk datamaskin på grunn av antallet uavhengige variabler som er involvert – bilene selv – komme innen rekkevidde, sa Lidar.
“På (en feilkorrigert) kvantedatamaskin kan du løse det problemet,” sa han.
Kvantedatamaskiner kan en dag være i stand til å optimere trafikkflyten rundt byer, og forvise gridlock for alltid.
For Lucero og kollegene hans er disse fremtidige mulighetene verdt hjernen.
“Kvantemekanikk er en av de beste teoriene vi har i dag for å oppleve naturen. Dette er en datamaskin som snakker naturens språk.
“Og hvis vi ønsker å gå ut og finne ut av disse virkelig utfordrende problemene, for å hjelpe til med å redde planeten vår, og ting som klimaendringer, enn å ha en datamaskin som kan gjøre akkurat det, vil jeg ha det.”
Quantum datamaskin fungerer med mer enn null og én
© 2022 AFP
Sitering: Spore usikkerhet: Google utnytter kvantemekanikk ved California lab (2022, 29. september) hentet 29. september 2022 fra https://phys.org/news/2022-09-uncertainty-google-harnesses-quantum-mechanics.html
Dette dokumentet er underlagt opphavsrett. Bortsett fra enhver rettferdig handel for formålet med private studier eller forskning, kan ingen del reproduseres uten skriftlig tillatelse. Innholdet er kun gitt for informasjonsformål.