Οι επιστήμονες εκθρονίζουν τον ισχυρισμό Quantum Advantage της Google με έναν συμβατικό υπολογιστή

Όταν η Google ανακοίνωσε ότι ο κβαντικός υπολογιστής της είχε λύσει ένα πρόβλημα πέρα ​​από το ικανότητα του ο ισχυρότερος υπερυπολογιστής, ήταν ορόσημο για τη βιομηχανία. Αλλά οι Κινέζοι ερευνητές έχουν πλέον δείξει ότι μπορούν λύστε το ίδιο πρόβλημα σε έναν κανονικό υπερυπολογιστή σε λίγα δευτερόλεπτα.

Η απόλυτη υπόσχεση του κβαντικού χρήση υπολογιστή is την ικανότητά του να πραγματοποιήσει ορισμένα υπολογιστικά επιτεύγματα πολύ πιο γρήγορα από τις κλασικές μηχανές ή ακόμα και να λύσει προβλήματα που θα ήταν ουσιαστικά αδύνατο να σπάσουν χρησιμοποιώντας παραδοσιακές προσεγγίσεις.

Ωστόσο, το πεδίο είναι ακόμα εκκολαπτόμενο και οι σημερινές συσκευές είναι πολύ μικρές για να μπορούν να λειτουργήσουν σε οποιεσδήποτε πραγματικές προκλήσεις. Αλλά σε μια προσπάθεια να αποδείξουν ότι το πεδίο σημειώνει πρόοδο, οι προγραμματιστές κβαντικών επεξεργαστών ήταν πρόθυμοι να βρουν προβλήματα που μπορεί να μην έχουν πολύ πρακτική χρήση, αλλά μπορούν να αποδείξουν τις πιθανές επιταχύνσεις που μπορεί να κάνει η τεχνολογία τους.

Η Google έκανε μια σημαντική ανακάλυψη σε αυτό το μέτωπο το 2019 όταν ισχυρίστηκε ότι ήταν Επεξεργαστής Sycamore είχε λύσει ένα πρόβλημα που θα χρειαζόταν ένας υπερυπολογιστής 10,000 χρόνια σε μόλις 200 δευτερόλεπτα. Το πρόβλημα ήταν στημένο προς όφελός τους, καθώς ουσιαστικά περιλάμβανε την προσομοίωση της εξόδου του επεξεργαστή τους, αλλά δείχνοντας ότι ένας κλασικός υπολογιστής θα δυσκολευόταν να διεκδικήσουν την «κβαντική υπεροχή», πιο γνωστή ως «κβαντικό πλεονέκτημα» σήμερα.

Τώρα όμως οι ερευνητές στο Τσινένα έχω έσπασε το ίδιο πρόβλημα σε μόλις 15 ώρες χρησιμοποιώντας some έξυπνος αλγοριθμικός σχεδιασμός και ένας μετρίως μεγάλος υπολογιστής. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς τους, θα χρειάζονταν μόνο μερικές δεκάδες δευτερόλεπτα εάν είχαν πρόσβαση σε υπερυπολογιστές πλήρους μεγέθους.

Η πρόκληση που είχε θέσει η Google ήταν να προσομοιώσει τον επεξεργαστή της που λειτουργεί λίγο πολύ ως γεννήτρια τυχαίων αριθμών. Η μόνη διαφορά ήταν ότι επανέλαβαν τον αλγόριθμο εκατομμύρια φορές, και λόγω της φύσης του αλγορίθμου, θα έπρεπε να προκύψει ένα συγκεκριμένο μοτίβο στους τυχαίους αριθμούς που φτύνονται.

Η προσομοίωση αυτού σε έναν κλασικό υπολογιστή θα γίνει γρήγορα δύσκολη καθώς αυξάνεται το μέγεθος του επεξεργαστή, επειδή η ποσότητα των πληροφοριών που κωδικοποιούνται αυξάνεται εκθετικά με κάθε επιπλέον qubit. Χρησιμοποιώντας συμβατικές προσεγγίσεις για την επίλυση αυτού του προβλήματος, η Google προέβλεψε ότι θα χρειαζόταν 10,000 χρόνια για να προσομοιώσει τον επεξεργαστή 53 qubit.

Η ομάδα από το Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής στην Κινεζική Ακαδημία Επιστημών πήρε aγύρω από αυτό, επεξεργάζοντας εκ νέου τα υποκείμενα μαθηματικά που χρησιμοποιούνται για την επίλυση του προβλήματος. Αντιπροσώπευαν τον επεξεργαστή ως ένα τρισδιάστατο δίκτυο μαθηματικών αντικειμένων που ονομάζονται τανυστές που αντιπροσωπεύουν τις λογικές πύλες μεταξύ των 3 qubits. Αυτό το δίκτυο επαναλήφθηκε σε 53 επίπεδα, σχεδιασμένα να αντιπροσωπεύουν τους 20 κύκλους στους οποίους εκτελείται ο κβαντικός αλγόριθμος πριν από την ανάγνωση της εξόδου του επεξεργαστή.

Το πλεονέκτημα της χρήσης τανυστών είναι ότι οι GPU, τα τσιπ που έχουν τροφοδοτήσει την επανάσταση της βαθιάς μάθησης, είναι σε θέση να τα επεξεργάζονται πολύ γρήγορα παράλληλα. Οι ερευνητές εκμεταλλεύτηκαν επίσης το γεγονός ότι οι υπολογισμοί της Google στο Sycamore δεν ήταν πολύ ακριβείς, επιτυγχάνοντας πιστότητα μόλις 0.2%. Αυτό τους επέτρεψε να θυσιάσουν μέρος της ακρίβειας της προσομοίωσής τους για να ενισχύσουν την ταχύτητά της, κάτι που έκαναν αφαιρώντας ορισμένες από τις συνδέσεις μεταξύ των qubits.

Το αποτέλεσμα ήταν ότι κατάφεραν να προσομοιώσουν την απόδοση του επεξεργαστή Sycamore σε πιστότητα 0.37 τοις εκατό σε μόλις 15 ώρες σε 512 GPU—σημαντικά λιγότερη επεξεργαστική ισχύ από τους περισσότερους κορυφαίους υπερυπολογιστές. Έγγραφο που περιγράφει τα αποτελέσματα είναι επί του παρόντος υπό έκδοση στο Επιστολές Φυσικής Επισκόπησης, αλλά χωρίς αξιολόγηση από ομοτίμουςed Η προεκτύπωση κυκλοφόρησε τον περασμένο Νοέμβριο.

Ενώ το αποτέλεσμα έσκασε κάπως τη φούσκα κβαντικής υπεροχής της Google, σε ένα email προς Επιστήμη, η εταιρεία επεσήμανε ότι είχε προβλέψει ότι οι κλασικοί αλγόριθμοι θα βελτιωνόταν στο έγγραφο του 2019. Αλλά προσθέτουν ότι δεν πιστεύουν ότι θα μπορέσουν να συμβαδίσουν με τις εκθετικές αυξήσεις στην απόδοση των κβαντικών υπολογιστών για πολύ.

Είναι δεν είναι το μόνο πείραμα κβαντικής υπεροχής που πρέπει να αναιρεθεί. Το 2020, ένας Κινέζος ισχυρίστηκε ότι ένα πρόβλημα θα μπορούσε να λύσει ο κβαντικός υπολογιστής τους σε 200 δευτερόλεπταΤο nds θα χρειαζόταν έναν υπερυπολογιστή 2.5 δισεκατομμύρια χρόνια, αλλά τον Ιανουάριο οι ερευνητές έδειξαν ότι στην πραγματικότητα θα χρειαζόταν μόνο 73 ημέρες.

Αν και αυτό δεν αναιρεί την πρόοδο που σημειώνεται στο πεδίο, μια αυξανόμενη χορωδία ερευνητών λέει ότι η αντιπαράθεση των κβαντικών και των κλασικών μηχανών σε αυτά τα είδη αφηρημένων υπολογιστικών προβλημάτων δεν δίνει πραγματικά μια σαφή αίσθηση του πού βρίσκεται η τεχνολογία. at.

Το πραγματικό τεστ, λένε, θα είναι όταν οι κβαντικοί υπολογιστές είναι σε θέση να λύσουν προβλήματα του πραγματικού κόσμου πιο γρήγορα και πιο αποτελεσματικά από τα κλασικά. Και αυτό φαίνεται ότι μπορεί να είναι ακόμα αρκετά μακριά.

Image Credit: Google