Cientistas destroem a alegação de vantagem quântica do Google com um computador convencional

Quando o Google anunciou que seu computador quântico havia resolvido um problema além do capacidade do supercomputador mais poderoso, foi um marco para a indústria. Mas pesquisadores chineses já mostraram que poderiam resolver o mesmo problema em um supercomputador normal em apenas alguns segundos.

A promessa final do quantum computação is sua habilidade para realizar certos feitos computacionais muito mais rápido do que as máquinas clássicas, ou até mesmo resolver problemas que seriam essencialmente impossíveis de resolver usando abordagens tradicionais.

O campo ainda é incipiente, e os dispositivos de hoje são muito pequenos para serem colocados para trabalhar em qualquer desafio do mundo real. Mas, em um esforço para provar que o campo está progredindo, os desenvolvedores de processadores quânticos estão ansiosos para encontrar problemas que podem não ter muito uso prático, mas podem demonstrar as potenciais acelerações de que sua tecnologia é capaz.

O Google fez um grande avanço nessa frente em 2019, quando alegou que seu Processador de sicômoro tinha resolvido um problema que levaria um supercomputador 10,000 anos em apenas 200 segundos. O problema foi manipulado a seu favor, pois envolvia essencialmente simular a saída de seu processador, mas ao mostrar que um computador clássico teria dificuldades, eles foram capazes de reivindicar a “supremacia quântica”, mais comumente conhecida como “vantagem quântica” hoje.

Mas agora pesquisadores em Chinum ter resolveu o mesmo problema em apenas 15 horas usando sum projeto algorítmico inteligente e um computador moderadamente grande. De acordo com seus cálculos, levaria apenas algumas dezenas de segundos se eles tivessem acesso a supercomputadores de tamanho normal.

O desafio lançado pelo Google era simular seu processador atuando mais ou menos como um gerador de números aleatórios. A única diferença foi que eles repetiram o algoritmo milhões de vezes e, devido à natureza do algoritmo, um certo padrão deve surgir nos números aleatórios que estão sendo cuspidos.

Simular isso em um computador clássico deve ficar difícil rapidamente à medida que o tamanho do processador aumenta, porque a quantidade de informações codificadas aumenta exponencialmente a cada qubit extra. Usando abordagens convencionais para resolver esse problema, o Google previu que levaria 10,000 anos para simular seu processador de 53 qubits.

A equipe do Instituto de Física Teórica da Academia Chinesa de Ciências obteve acontornar isso retrabalhando a matemática subjacente usada para resolver o problema. Eles representaram o processador como uma rede 3D de objetos matemáticos chamados tensores que representam as portas lógicas entre os 53 qubits. Essa rede foi repetida em 20 camadas, projetadas para representar os 20 ciclos pelos quais o algoritmo quântico percorre antes que a saída do processador seja lida.

A vantagem de usar tensores é que as GPUs, os chips que impulsionaram a revolução do aprendizado profundo, são capazes de processá-los muito rapidamente em paralelo. Os pesquisadores também aproveitaram o fato de que os cálculos do Google no Sycamore não eram muito precisos, alcançando uma fidelidade de apenas 0.2%. Isso permitiu que eles sacrificassem um pouco da precisão de sua simulação para aumentar sua velocidade, o que eles fizeram removendo algumas das conexões entre os qubits.

O resultado foi que eles conseguiram simular a saída do processador Sycamore com uma fidelidade de 0.37% em apenas 15 horas em 512 GPUs – poder de processamento consideravelmente menor do que a maioria dos supercomputadores líderes. Um artigo descrevendo os resultados está atualmente sendo impresso em Physical Review Letters, mas uma revisão sem paresed pré-impressão foi lançada em novembro passado.

Embora o resultado tenha um pouco estourado a bolha de supremacia quântica do Google, em um e-mail para Ciência, a empresa apontou que havia previsto que os algoritmos clássicos melhorariam em seu artigo de 2019. Mas eles acrescentam que não acham que serão capazes de acompanhar os aumentos exponenciais no desempenho dos computadores quânticos por muito tempo.

Está não é o único experimento de supremacia quântica a ser desfeito. Em 2020, um chinês Profissionais afirmou que um problema que seu computador quântico poderia resolver em 200 segundosnds levaria 2.5 bilhões de anos para um supercomputador, mas em janeiro os pesquisadores mostraram que levaria apenas 73 dias.

Embora isso não negue o progresso que está sendo feito no campo, um coro crescente de pesquisadores diz que colocar máquinas quânticas e clássicas umas contra as outras nesses tipos de problemas computacionais abstratos não dá uma noção clara de onde a tecnologia está. at.

O verdadeiro teste, dizem eles, será quando os computadores quânticos forem capazes de resolver problemas do mundo real com mais rapidez e eficiência do que os clássicos. E isso parece que ainda pode estar longe.

Crédito de imagem: Google