Tutkijat syrjäyttävät Googlen Quantum Advantage -vaatimuksen perinteisellä tietokoneella

Kun Google ilmoitti, että sen kvanttitietokone oli ratkaissut ongelman kyky tehokkain supertietokone, se oli alan maamerkki. Mutta kiinalaiset tutkijat ovat nyt osoittaneet, että he voivat ratkaise sama ongelma tavallisella supertietokoneella muutamassa sekunnissa.

Lopullinen lupaus kvantista tietojenkäsittely is sen kyky suorittaa tiettyjä laskennallisia saavutuksia paljon nopeammin kuin klassiset koneet tai jopa ratkaista ongelmia, joita olisi käytännössä mahdotonta murtaa perinteisillä lähestymistavoilla.

Ala on kuitenkin vielä syntymässä, ja nykyiset laitteet ovat aivan liian pieniä käytettäviksi todellisten haasteiden kanssa. Mutta pyrkiessään todistamaan, että ala edistyy, kvanttiprosessorien kehittäjät ovat halunneet löytää ongelmia, joilla ei ehkä ole paljon käytännön hyötyä, mutta jotka voivat osoittaa mahdollisia nopeuksia, joihin heidän teknologiansa pystyy.

Google teki suuren läpimurron tällä alalla vuonna 2019, kun se väitti, että sen Sycamore prosessori oli ratkaissut ongelman, joka kestäisi supertietokoneelta 10,000 200 vuotta vain XNUMX sekunnissa. Ongelma oli väärennetty heidän edukseen, koska se sisälsi olennaisesti heidän prosessorin lähdön simuloimisen, mutta osoittamalla, että klassinen tietokone taistelee, he pystyivät vaatimaan "kvanttiylivaltaa", joka tunnetaan nykyään paremmin nimellä "kvanttietu".

Mutta nyt tutkijat Chinissäon korjasi saman ongelman vain 15 tunnissa käyttämällä some älykäs algoritminen suunnittelu ja kohtalaisen suuri tietokone. Heidän laskelmiensa mukaan kestäisi vain muutama tusina sekuntia, jos heillä olisi pääsy täysikokoisiin supertietokoneisiin.

Googlen asettama haaste oli simuloida prosessorinsa toimimaan enemmän tai vähemmän satunnaislukugeneraattorina. Ainoa ero oli, että ne toistivat algoritmia miljoonia kertoja, ja algoritmin luonteesta johtuen syljettäviin satunnaislukuihin pitäisi syntyä tietty kuvio.

Tämän simuloinnista klassisella tietokoneella pitäisi nopeasti tulla vaikeaa prosessorin koon kasvaessa, koska koodatun tiedon määrä kasvaa eksponentiaalisesti jokaisen ylimääräisen kubitin myötä. Käyttämällä perinteisiä lähestymistapoja tämän ongelman ratkaisemiseksi Google ennusti, että sen 10,000 kubitin prosessorin simulointi vie 53 XNUMX vuotta.

Kiinan tiedeakatemian teoreettisen fysiikan instituutin tiimi sai akiertää tämä muokkaamalla ongelman ratkaisemiseen käytetty taustalla oleva matematiikka. He edustivat prosessoria 3D-verkona matemaattisista objekteista, joita kutsutaan tensoreiksi ja jotka edustavat logiikkaportteja 53 qubitin välillä. Tämä verkko toistettiin 20 kerroksessa, ja ne on suunniteltu edustamaan 20 jaksoa, jotka kvanttialgoritmi käy läpi ennen kuin prosessorin tuloste luetaan.

Tensorien käytön etuna on, että syväoppimisen vallankumouksen johtaneet sirut GPU:t pystyvät käsittelemään niitä hyvin nopeasti rinnakkain. Tutkijat käyttivät myös hyväkseen sitä, että Googlen Sycamoren laskelmat eivät olleet kovin tarkkoja ja saavuttivat vain 0.2 prosentin tarkkuuden. Tämä antoi heille mahdollisuuden uhrata osan simulaation tarkkuudesta lisätäkseen sen nopeutta, minkä he tekivät poistamalla osan kubittien välisistä yhteyksistä.

Tuloksena oli, että he onnistuivat simuloimaan Sycamore-prosessorin tehon 0.37 prosentin tarkkuudella vain 15 tunnissa 512 GPU:lla – huomattavasti vähemmän prosessointitehoa kuin useimmat johtavat supertietokoneet. Tuloksia esittelevä paperi on tällä hetkellä painettuna klo Fyysisen tarkastelun kirjaimet, mutta ei-vertaisarviointied pre-print julkaistiin viime marraskuussa.

Vaikka tulos rikkoo jonkin verran Googlen kvanttiylivaltakuplaa, lähetä sähköpostia tiede, yhtiö huomautti, että se oli ennustanut klassisten algoritmien paranevan vuoden 2019 paperissaan. Mutta he lisäävät, etteivät he usko pystyvänsä pysymään kvanttitietokoneiden suorituskyvyn eksponentiaalisen kasvun tahdissa pitkään.

Se on ei ole ainoa kvanttiylivaltakoe, joka on peruutettava. Vuonna 2020 kiinalainen joukkue- väitti, että heidän kvanttitietokoneensa voisi ratkaista ongelman 200 sekunnissands kestäisi supertietokoneelta 2.5 miljardia vuotta, mutta tammikuussa tutkijat osoittivat, että se kestäisi vain 73 päivää.

Vaikka tämä ei tee tyhjäksi alalla saavutettua edistystä, kasvava tutkijoiden kuoro sanoo, että kvantti- ja klassisten koneiden vastakkainasetteleminen tällaisissa abstrakteissa laskennallisissa ongelmissa ei todellakaan anna selvää käsitystä siitä, missä tekniikka on. at.

He sanovat, että todellinen testi tulee olemaan, kun kvanttitietokoneet pystyvät ratkaisemaan reaalimaailman ongelmia nopeammin ja tehokkaammin kuin klassiset tietokoneet. Ja se näyttää siltä, ​​​​että se saattaa olla vielä kaukana.

Kuvahinta: Google