Czasopismo | ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA | Rocznik 2023 - zeszyt 8

QUANTUM SUPREMACY’S PRACTICAL MEANING

Pojęcie przewagi kwantowej w praktyce

10.15199/13.2023.8.16

Zbigniew M. Wawrzyniak

nr katalogowy: 145085
10.15199/13.2023.8.16

Streszczenie

The report presents a thorough examination of quantum supremacy and its far-reaching implications. Quantum computing, a cutting-edge field, possesses the potential to reshape industries due to its unique quantum mechanical properties. Quantum supremacy, 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 cryptography, cyber warfare, intelligence gathering, and weapon development. Ethical considerations are highlighted, emphasising the need for responsible application. The report comprehensively analyses quantum supremacy, potential 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.

Abstract

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 wykorzystanie 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 wprowadzeniem 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 stanowiące odpowiednią metrykę właściwości. Pokazano potencjalne wykorzystanie pojęcia supremacji kwantowej przez wojsko, w dziedzinach 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 zastosowania, 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

Keywords

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 Quantum 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: Discrete 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 International 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 quantum computer with 29 algorithmic qubits. arXiv preprint arXiv: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

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA- e-publikacja (pdf) z zeszytu 2023-8 , nr katalogowy 145085 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	10.00 zł

Zeszyt


ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA- e-zeszyt (pdf) 2023-8 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	39.00 zł

Prenumerata

ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

420.00 zł

ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA - papierowa prenumerata roczna	528.00 zł brutto 488.89 zł netto 39.11 zł VAT (stawka VAT 8%)
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

570.00 zł

ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	636.00 zł brutto 588.89 zł netto 47.11 zł VAT (stawka VAT 8%)

636.00 zł

Zeszyt

2023-8

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma