Quantum supremacy’s practical meaning

• Autorzy: Wawrzyniak Zbigniew

Identyfikatory

DOI

10.15199/13.2023.8.16

Warianty tytułu

PL

Pojęcie przewagi kwantowej w praktyce

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The report presents a thorough examination of quantum suprema cy and its far-reaching implications. Quantum computing, a cut ting-edge field, possesses the potential to reshape industries due to its unique quantum mechanical properties. Quantum suprema cy, wherein a quantum computer surpasses classical computers in specific tasks, has been achieved through ground-breaking experiments. While this marks a milestone, challenges such as qubit decoherence and error correction must be addressed before widespread adoption. Algorithmic qubits offer a relevant metric for assessing quantum computer performance across various algorithms, underscoring their potential in practical applications. The report explores the military’s potential use of quantum supremacy, including cryp tography, cyber warfare, intelligence gathering, and weapon de velopment. Ethical considerations are highlighted, emphasising the need for responsible application. The report comprehensively analyses quantum supremacy, poten tial applications, challenges, and ethical considerations. Quantum computing holds immense promise, contingent upon addressing technical hurdles and ensuring responsible deployment across various domains, including the military.

PL

Przedstawiono analizę pojęcia przewagi (supremacji) kwantowej i jej konsekwencji w praktyce. Najnowocześniejszy obszar przetwarzanie w oparciu o wykorzystanie komputerów kwantowych ma potencjał do przekształcenia wielu gałęzi przemysłu ze względu na wykorzy stanie unikalnych właściwości mechaniki kwantowej. Supremację kwantową, dla której komputer kwantowy przewyższa właściwości komputera klasycznego w określonych obliczeniowych zadaniach, osiągnięto dzięki przełomowym eksperymentom. Chociaż jest to stan przełomowy (kamień milowy) to jednak przed powszechnym wpro wadzeniem do użytkowania trzeba stawić czoła wyzwaniom, takim jak dekoherencja kubitów i korekcja błędów kwantowych. Potencjał obliczeń kwantowych w praktycznych zastosowaniach poprzez do ocenę wydajności komputera kwantowego przy różnych wykonywaniu algorytmów określają tzw. kubity algorytmiczne sta nowiące odpowiednią metrykę właściwości. Pokazano potencjalne wykorzystanie pojęcia supremacji kwantowej przez wojsko, w dzie dzinach tego wymagających jak kryptografię, wojna cybernetyczna, gromadzenie informacji wywiadowczych i rozwój różnych rodzajów uzbrojenia. Podkreślono względy etyczne, podkreślając potrzeby odpowiedzialnego stosowania tego typu narzędzi obliczeniowych. Raport analizuje supremację kwantową, jej potencjalne zastosowa nia, wyzwania i względy etyczne. Obliczenia kwantowe niosą ze sobą ogromne nadzieje, uzależnione od pokonania przeszkód technicznych i zapewnienia odpowiedzialnego wdrożenia w różnych dziedzinach, w tym w dla celów wojskowych.

Słowa kluczowe

EN

quantum computing; quantum supremacy; NISQ challenges; quantum computer performance; practical applications; algorithmic qubits

PL

obliczenia kwantowe; supremacja kwantowa; wyzwania NISQ; wydajność komputerów kwantowych; zastosowania praktyczne; kubity algorytmiczne

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 64, Nr 8
• Strony: 81--85
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz., tab.

Twórcy

autor

Wawrzyniak Zbigniew

• Warsaw University of Technology, Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Michio Kaku, Quantum supremacy: how the quantum computer revolution will change everything, 2023, Doubleday, 352 pp.
• [2] Aaronson, S. (2008). Quantum supremacy using noisy intermediate-scale devices. arXiv preprint arXiv:0801.1345.
• [3] Arute, F., Arya, K., Babbush, R. et al. Quantum supremacy using a programmable superconducting processor. Nature 574, 505-510 (2019).
• [4] Google AI. (2019, October 23). Quantum supremacy using a programmable superconducting processor. Nature, 574(7779), 505-510.
• [5] Wu, Y., Bao, W., Cao, S. et al. Strong quantum computational advantage using a superconducting quantum processor. Phys. Rev. Lett. 127, 180501 (2021).
• [6] Zhu, Q., Cao, S., Chen, F. et al. Quantum computational advantage via 60-qubit 24-cycle random circuit sampling. Science Bulletin 67, 240 (2022).
• [7] Google Quantum AI and Collaborators. Phase transition in Random Circuit Sampling. Arxiv preprint 2304.11119 (2023).
• [8] Zhong, H., Wang, H., Deng, Y. et al. Quantum computational advantage using photons. Science370,1460-1463 (2020).
• [9] Madsen, L.S., Laudenbach, F., Askarani, M.F. et al. Quantum computational advantage with a programmable photonic processor. Nature 606, 75-81 (2022).
• [10] Deng, Y., Gu, Y., Liu, H. et al. Gaussian Boson Sampling with Pseudo-Photon-Number Resolving Detectors and Quan tum Computational Advantage. Arxiv preprint 2304.12240 (2023).
• [11] Andrew M. Childs, Roger G. Melko, Benjamin A. Swingle, and Mark S. Rudner, “Scalable quantum computation of random circuits”, (2012).
• [12] Preskill, J. (2012). Quantum computing and the entanglement frontier. arXiv preprint arXiv:1203.5813
• [13] Steane, A. M. (1999). Efficient fault-tolerant quantum computing. Nature, 399(6732), 124-126.
• [14] IBM. (2021, October 26). Eagle achieves quantum advantage on a real quantum computer. IBM Research Blog.
• [15] IonQ. (2022, March 15). IonQ achieves quantum supremacy with Bristlecone. IonQ Blog.
• [16] Aaronson, S.; Arkhipov, Alex (2013). “The computational complexity of linear optics”. Theory of Computing. 9: 143-252.
• [17] Shor, P.W. (1994). “Algorithms for quantum computation: Dis crete logarithms and factoring”. Proceedings 35th Annual Symposium on Foundations of Computer Science. IEEE Comput. Soc. Press. pp. 124-134.
• [18] Grover L.K.: A fast quantum mechanical algorithm for database search, Proceedings, 28th Annual ACM Symposium on the Theory of Computing, (May 1996) p. 212.
• [19] Shor, P. W. (October 1997). “Polynomial-time Algorithms for Prime Factorization and Discrete Logarithms on a Quantum Computer”. SIAM Journal on Computing. 26 (5): 1484-1509. [15e] Moguel, E., Rojo, J., Valencia, D., Berrocal, J., Garcia-Alonso, J., & Murillo, J. M. (2022). Quantum service-oriented computing: current landscape and challenges. Software Quality Journal, 30(4), 983-1002.
• [20] Byrd, G. T., & Ding, Y. (2023). Quantum Computing: Progress and Innovation. Computer, 56(1), 20-29.
• [21] Ian Hellström, Quantum Computer Roadmaps (2023) available at web https://ianhellstrom.org/quantum.html#references]
• [22] Tannu, S. S., & Qureshi, M. K. (2019, April). Not all qubits are created equal: A case for variability-aware policies for NISQ-era quantum computers, in Proceedings of the Twenty-Fourth Inter national Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems (pp. 987-999).
• [23] Vepsäläinen, A., Winik, R., Karamlou, A.H. et al. Improving qubit coherence using closed-loop feedback. Nat Commun 13, 1932 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-29287-4
• [24] Postler L et al. (2022). Demonstration of fault-tolerant universal quantum gate operations Nature 605 675-80.
• [25] IonQ Algorithmic Qubits (#AQ): https://ionq.com/algorithmic-qubits
• [26] Benchmarking a Trapped-Ion Quantum Computer with 29 Algorithmic Qubits: https://arxiv.org/abs/2308.05071.
• [27] Chen, J. S., Nielsen, E., Ebert, M., Inlek, V., Wright, K., Chaplin, V., & Gamble, J. (2023). Benchmarking a trapped-ion quan tum computer with 29 algorithmic qubits. arXiv preprint arX iv:2308.05071.
• [28] Robin Blume-Kohout and Kevin C. Young. “A volumetric framework for quantum computer benchmarks”. Quantum 4, 362 (2020).
• [29] Aaronson, S. (2010, January 19). Quantum cryptography with noisy channels. arXiv preprint arXiv:1001.0017.
• [30] Brakerski, Z., et al. (2012, March 26). Quantum key distribution with noisy preprocessing, arXiv preprint arXiv:1203.6114.
• [31] Dunjko, V., et al. (2014, March 5). Quantum-secure signatures. Nature, 508(7495), 415-419.
• [32] Peev, M., et al. (2023, January 5). Long-distance quantum key distribution over optical fibre. Nature, 592(7853), 207-212.
• [33] NIST. (2023, February 15). Post-quantum cryptography standardisation process. NIST.gov.
• [34] Broadbent, A., et al. (2023, March 8). Quantum-secure digital signatures from quantum random walks. Nature, 593(7859), 232-236.
• [35] Post-Quantum Cryptography Standardization, The National Institute of Standards and Technology, 2023, https://csrc.nist.gov/projects/post-quantum-cryptography/post-quantum-cryptography-standardization.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).