En kvantöverlägsenhet, eller quantum supremacy på engelska, är en milstolpe inom kvantdatortekniken som anger att en kvantdator lyckats utföra en beräkning som hade varit omöjlig med traditionell binär datorteknik. En kvantdator i sin tur är en dator vars beräkningar inte baseras på att en bit kan ha två, och endast två, olika värden, noll eller ett, utan kvantdatorbitarna kan ha bägge värdena samtidigt. Detta öppnar för parallellisering av problem som med traditionell teknik inte låter sig parallelliseras.
Enligt en artikel i Financial Times publicerade Google en artikel på den amerikanska rymdstyrelsen Nasas webbplats med anledning av bedriften, men Googles artikel togs nästan omedelbart bort, oklart varför. Att artikeln publicerades på Nasas webbplats beror på att Google och Nasa har ett samarbete kring kvantdatorer där Google tillåts använda Nasas superdatorer (av traditionell typ) för sina kvantdatorexperiment. Den ursprungliga artikeln finns dock i en txt-version på Pastebin.
Den milstolpe Google påstås ha uppnått är omdiskuterad, och redan begreppet ”quantum supremacy” är kontroversiellt. Google har inte lyckats stabilisera de extremt instabila kvantdatorerna, vars bitar kallas qubits, och blir kaotiska vid minsta lilla temperaturskillnad eller små stötar och vibrationer. Det experiment Google genomfört är också en mycket specialiserad beräkning som saknar praktisk betydelse och resultatet får ses som symboliskt. Icke desto mindre är en milstolpe av denna typ ett stort steg mot stabila, användbara kvantdatorer.
En astronomisk förbättring
Enligt artikeln på Pastebin har Google skapat en 54-qubitars kvantdator vid namn Sycamore. Av de 54 qubitarna är 53 funktionella. Med hjälp av Sycamore har Google utfört en serie beräkningar, som hade tagit en traditionell superdator 10 000 år att genomföra, på 200 sekunder. En till synes astronomisk förbättring.
Det nu genomförda kvantdatorexperimentet handlar om att utföra slumptalsoperationer och läsa ut de resulterande slumptalen. Efter att ha gjort detta många gånger landar beräkningarna i en nästan perfekt uppsättning slumptal. Beräkningen i fråga är avsiktligt framtagen för att vara extremt svår för traditionella datorer att utföra, helt enkelt eftersom slump är svårt att få till med en deterministisk maskin. En stor serie slumptal framtagna med en traditionell dator är inte så slumpmässiga som de måhända ser ut att vara.
Även om resultatet av detta experiment har liten praktisk nytta anser många, dock inte alla, forskare att det är ett genombrott på vägen mot kvantdatorer som faktiskt kan utföra meningsfulla beräkningar som inte går att genomföra med traditionella datorer.
Märk väl att tidigare experiment med kvantdatorer utfört beräkningar som går att genomföra med traditionella datorer, men med kvantdatorer har beräkningarna gått att utföra snabbare. Det nya experimentet rör alltså en beräkning som i princip är ogenomförbar med en traditionell dator. I Googles artikel på Pastebin skriver författarna att ”denna dramatiska ökning av beräkningskapaciteten relativt alla tidigare kända klassiska algoritmer medför en experimentell realisering av kvantöverlägsenhet för en beräkningsoperation och förebådar ett högt förväntat beräkningsparadigm”.
Det är möjligt att framtida kvantdatorer kan komma att övervinna dagens krypteringstekniker genom att på kort tid forcera krypterade data, men det kommer att kräva kvantdatorer med många fler qubits och metoder för att stabilisera qubits så att det går att korrigera de fel som oundvikligen letar sig in i beräkningarna. En forskare som kommenterat Googles experiment, fysikern Jonathan Oppenheim vid University College London, skriver på Twitter att ”även om detta är en milstolpe, så är det mycket långt [Oppenheims kursivering] från en kvantdator som kan utföra praktiskt användbara beräkningar”.
Det är heller inte alla forskare som är odelat förtjusta i begreppet kvantöverlägsenhet. IBM:s forskningschef Dario Gil skriver i ett uttalande om Googles experiment till Science News att ”kvantdatorer är inte 'överlägsna' klassiska datorer bara för att man lyckats genomföra ett labb-experiment utformat för att väsentligen (och högst troligt exklusivt) implementera en mycket specifik procedur för kvant-provtagningar utan praktiska tillämpningsområden”.
IBM, som konkurrerar med Google inom kvantdatorforskningen, ser hellre att man talar om ”kvantförsprång” som de definierar som ”en punkt i utvecklingen där kvantapplikationer levererar signifikanta, praktiska fördelar bortom det vad klassiska datorer ensamma kan åstadkomma”. Inte förvånande når Googles resultat inte upp till den definitionen.
Läs också:
Så byggde IBM den första kommersiella kvantdatorn
Kvantnyckelöverföring snart kommersiell verklighet
