Teadlased lükkavad tavapärase arvutiga troonilt Google'i kvanteelisenõude

Kui Google teatas, et tema kvantarvuti lahendas probleemi väljaspool võimekus võimsaim superarvuti, oli see tööstuse maamärk. Kuid Hiina teadlased on nüüd näidanud, et suudavad lahendada sama probleem tavalises superarvutis vaid sekunditega.

Kvanti ülim lubadus arvutustehnika is selle võime teha teatavaid arvutuslikke saavutusi palju kiiremini kui klassikalised masinad või isegi lahendada probleeme, mida oleks traditsiooniliste lähenemisviiside abil sisuliselt võimatu murda.

Valdkond on siiski alles kujunemisjärgus ja tänapäevased seadmed on liiga väikesed, et neid reaalse maailma väljakutsetega toime tulla. Kuid püüdes tõestada, et valdkond teeb edusamme, on kvantprotsessorite arendajad püüdnud leida probleeme, millel ei pruugi olla palju praktilist kasu, kuid mis võivad näidata võimalikku kiirust, milleks nende tehnoloogia on võimeline.

Google tegi sellel rindel suure läbimurde 2019. aastal, kui väitis, et tema Sycamore protsessor oli lahendanud probleemi, mis kuluks superarvutil vaid 10,000 sekundiga 200 XNUMX aastat. Probleem oli võltsitud nende kasuks, kuna see hõlmas sisuliselt nende protsessori väljundi simuleerimist, kuid näidates, et klassikalisel arvutil on probleeme, suutsid nad taotleda "kvantide ülemvõimu", mida tänapäeval tuntakse rohkem kui "kvantieelist".

Aga nüüd teadlased China on lahendas sama probleemi vaid 15 tunniga kasutades some nutikas algoritmiline disain ja mõõdukalt suur arvuti. Nende arvutuste kohaselt kuluks selleks vaid mõnikümmend sekundit, kui neil oleks ligipääs täissuuruses superarvutitele.

Google'i väljakutseks oli simuleerida oma protsessorit, mis toimiks enam-vähem juhuslike numbrite generaatorina. Ainus erinevus seisnes selles, et nad kordasid algoritmi miljoneid kordi ja algoritmi olemuse tõttu peaks välja sülitavates juhuslikes arvudes tekkima teatud muster.

Selle simuleerimine klassikalises arvutis peaks protsessori suuruse kasvades kiiresti keeruliseks muutuma, sest kodeeritud teabe hulk suureneb iga lisakubitiga eksponentsiaalselt. Kasutades selle probleemi lahendamiseks tavalisi lähenemisviise, ennustas Google, et 10,000-kubitise protsessori simuleerimiseks kulub 53 XNUMX aastat.

Hiina Teaduste Akadeemia teoreetilise füüsika instituudi meeskond sai aselle ümber, töötades ümber ülesande lahendamiseks kasutatud matemaatika. Nad kujutasid protsessorit matemaatiliste objektide 3D-võrguna, mida nimetatakse tenoriteks ja mis esindavad loogilisi väravaid 53 qubiti vahel. Seda võrku korrati 20 kihina, mis on kavandatud esindama 20 tsüklit, mille kvantalgoritm läbib enne protsessori väljundi lugemist.

Tensorite kasutamise eeliseks on see, et süvaõppe revolutsiooni käivitanud kiibid GPU-d suudavad neid paralleelselt väga kiiresti töödelda. Teadlased kasutasid ära ka asjaolu, et Google'i arvutused Sycamore'i kohta ei olnud väga täpsed, saavutades vaid 0.2-protsendilise täpsuse. See võimaldas neil ohverdada osa oma simulatsiooni täpsusest selle kiiruse suurendamiseks, mida nad tegid, eemaldades mõned ühendused kubitide vahel.

Tulemuseks oli see, et neil õnnestus simuleerida Sycamore'i protsessori väljundit 0.37-protsendilise täpsusega vaid 15 tunni jooksul 512 GPU-ga – see on tunduvalt väiksem töötlemisvõimsus kui enamikul juhtivatel superarvutitel. Tulemusi kirjeldav paber on praegu trükis aadressil Physical Review Letters, kuid mitte-peer-reviewed eeltrükk ilmus mullu novembris.

Kuigi tulemus lõhkeb mõnevõrra Google'i kvantülemvõimu mulli, saate meili teel teadus, märkis ettevõte, et ta oli oma 2019. aasta dokumendis ennustanud, et klassikalised algoritmid paranevad. Kuid nad lisavad, et nad ei usu, et suudavad kvantarvutite jõudluse eksponentsiaalse kasvuga kaua sammu pidada.

See on pole ainus tagasivõetav kvantülemvõimu eksperiment. 2020. aastal hiinlane meeskond väitsid, et probleem, mille nende kvantarvuti suudab lahendada 200 sekundigands kuluks superarvutil 2.5 miljardit aastat, kuid jaanuaris näitasid teadlased, et tegelikult kulub selleks vaid 73 päeva.

Kuigi see ei muuda selles valdkonnas tehtud edusamme, leiab kasvav teadlaste koor, et kvant- ja klassikaliste masinate vastandamine seda tüüpi abstraktsete arvutusprobleemide lahendamisel ei anna tegelikult selget arusaama sellest, kus tehnoloogia on. at.

Tõeline test on nende sõnul see, kui kvantarvutid suudavad lahendada reaalseid probleeme kiiremini ja tõhusamalt kui klassikalised. Ja tundub, et see võib olla veel kaugel.

Pilt krediit: Google