Znanstveniki ovrgli Googlovo trditev o kvantni prednosti s konvencionalnim računalnikom

Ko je Google objavil, da je njegov kvantni računalnik rešil problem, ki presega zmogljivosti najmočnejši superračunalnik, je bil mejnik za industrijo. Toda kitajski raziskovalci so zdaj pokazali, da bi lahko rešiti Enako težavo na običajnem superračunalniku v samo nekaj sekundah.

Končna obljuba kvantuma računalništvo is svojo sposobnost izvajati določene računalniške podvige veliko hitreje kot klasični stroji ali celo reševati probleme, ki bi jih bilo v bistvu nemogoče razbiti s tradicionalnimi pristopi.

Področje je sicer še v povojih in današnje naprave so veliko premajhne, ​​da bi jih uporabili za reševanje izzivov v resničnem svetu. Toda v prizadevanju, da bi dokazali, da področje napreduje, so razvijalci kvantnih procesorjev nestrpno iskali težave, ki morda nimajo veliko praktične uporabnosti, lahko pa pokažejo potencialne pospešitve, ki jih je njihova tehnologija sposobna.

Google je leta 2019 naredil velik preboj na tem področju, ko je trdil, da je Sycamore procesor rešil problem, ki bi superračunalniku vzel 10,000 let v samo 200 sekundah. Težava je bila prirejena v njihovo korist, saj je v bistvu vključevala simulacijo izhoda njihovega procesorja, toda s tem, ko so pokazali, da bi se klasični računalnik boril, so lahko zahtevali "kvantno premoč", danes bolj znano kot "kvantna prednost".

Zdaj pa raziskovalci v Chinuimeti isto težavo rešil v samo 15 urah z uporabo some pametno algoritemsko zasnovo in zmerno velik računalnik. Po njihovih izračunih bi trajalo le nekaj deset sekund, če bi imeli dostop do superračunalnikov polne velikosti.

Izziv, ki si ga je postavil Google, je bil simulirati svoj procesor, ki deluje bolj ali manj kot generator naključnih števil. Edina razlika je bila v tem, da so algoritem ponovili milijonkrat in zaradi narave algoritma bi se moral v izpljunjenih naključnih številkah pojaviti določen vzorec.

Simulacija tega na klasičnem računalniku bi morala hitro postati težavna, ko se poveča velikost procesorja, ker se količina kodiranih informacij eksponentno poveča z vsakim dodatnim kubitom. Z uporabo običajnih pristopov za rešitev te težave je Google predvidel, da bo za simulacijo njegovega 10,000-kubitnega procesorja potrebnih 53 let.

Ekipa z Inštituta za teoretično fiziko pri Kitajski akademiji znanosti je dobila azaokrožite to s predelavo osnovne matematike, uporabljene za rešitev problema. Predstavili so procesor kot 3D mrežo matematičnih objektov, imenovanih tenzorji, ki predstavljajo logična vrata med 53 kubiti. To omrežje je bilo ponovljeno v 20 slojih, zasnovanih tako, da predstavljajo 20 ciklov, skozi katere teče kvantni algoritem, preden se prebere rezultat procesorja.

Prednost uporabe tenzorjev je, da jih GPU-ji, čipi, ki so poganjali revolucijo globokega učenja, lahko zelo hitro obdelujejo vzporedno. Raziskovalci so izkoristili tudi dejstvo, da Googlovi izračuni za Sycamore niso bili zelo natančni, saj so dosegli le 0.2-odstotno natančnost. To jim je omogočilo, da so žrtvovali del natančnosti svoje simulacije, da bi povečali njeno hitrost, kar so storili z odstranitvijo nekaterih povezav med kubiti.

Rezultat je bil, da jim je uspelo simulirati izhod procesorja Sycamore z natančnostjo 0.37 odstotka v samo 15 urah na 512 grafičnih procesorjih – kar je precej manj procesorske moči kot večina vodilnih superračunalnikov. Članek z opisom rezultatov je trenutno v tisku Pisni pregledi fizike, vendar nestrokovni pregleded prednatis je izšel novembra lani.

Medtem ko rezultat nekoliko poči Googlov mehurček kvantne premoči, v e-poštnem sporočilu na naslov Znanost, je podjetje poudarilo, da je v svojem dokumentu iz leta 2019 napovedalo, da se bodo klasični algoritmi izboljšali. Vendar dodajajo, da menijo, da ne bodo mogli dolgo slediti eksponentnemu povečanju zmogljivosti kvantnih računalnikov.

to je ni edini eksperiment kvantne nadvlade, ki ga je treba razveljaviti. Leta 2020 Kitajec skupina trdil, da lahko problem, ki bi ga njihov kvantni računalnik rešil v 200 sekundahnds bi superračunalnik potreboval 2.5 milijarde let, januarja pa so raziskovalci pokazali, da bi dejansko potreboval le 73 dni.

Čeprav to ne zanika napredka na tem področju, vedno več raziskovalcev pravi, da nasprotovanje kvantnih in klasičnih strojev pri tovrstnih abstraktnih računalniških problemih v resnici ne daje jasnega občutka, kje je tehnologija at.

Pravi preizkus, pravijo, bo, ko bodo kvantni računalniki sposobni reševati probleme iz resničnega sveta hitreje in učinkoviteje od klasičnih. In zdi se, da je to morda še daleč.

Kredit za slike: Google