Вчені спростовують твердження Google про квантові переваги за допомогою звичайного комп’ютера

Коли Google анонсувала свій квантовий комп’ютер, він вирішив проблему, що виходить за рамки можливості найпотужніший суперкомп'ютер, він був віхою для галузі. Але китайські дослідники тепер показали, що можуть вирішити то ж проблему на звичайному суперкомп’ютері за лічені секунди.

Остаточна обіцянка кванта обчислення is його здатність виконувати певні обчислювальні роботи набагато швидше, ніж класичні машини, або навіть вирішувати проблеми, які було б практично неможливо зламати за допомогою традиційних підходів.

Однак ця галузь ще тільки зароджується, і сучасні пристрої занадто малі, щоб використовувати їх для будь-яких реальних завдань. Але намагаючись довести, що ця сфера прогресує, розробники квантових процесорів прагнули знайти проблеми, які, можливо, не мають особливого практичного використання, але можуть продемонструвати потенційне прискорення, на яке здатна їх технологія.

У 2019 році компанія Google зробила серйозний прорив на цьому фронті, коли заявила, що її Процесор Sycamore розв’язав проблему, яка зайняла суперкомп’ютеру 10,000 200 років всього за XNUMX секунд. Проблема була сфальсифікована на їхню користь, оскільки вона, по суті, включала симуляцію продуктивності їхнього процесора, але, показавши, що класичний комп’ютер буде важко, вони змогли претендувати на «квантову перевагу», більш відому сьогодні як «квантова перевага».

Але тепер дослідники в Чинмати зламав ту саму проблему лише за 15 годин використовуючи sякийсь розумний алгоритмічний дизайн і помірно великий комп’ютер. За їхніми підрахунками, якби вони мали доступ до повнорозмірних суперкомп’ютерів, це зайняло б лише кілька десятків секунд.

Завдання, яке поставила Google, полягало в тому, щоб імітувати свій процесор, який діє більш-менш як генератор випадкових чисел. Єдина відмінність полягала в тому, що вони повторювали алгоритм мільйони разів, і через природу алгоритму у викиданих випадкових числах мав виникати певний шаблон.

Симуляція цього на класичному комп’ютері швидко стане складною зі збільшенням розміру процесора, тому що кількість закодованої інформації зростає експоненціально з кожним додатковим кубітом. Використовуючи звичайні підходи для вирішення цієї проблеми, Google передбачив, що моделювання 10,000-кубітного процесора займе 53 XNUMX років.

Потрапила команда з Інституту теоретичної фізики Китайської академії наук aзавершіть це, переробивши основну математику, яка використовується для вирішення проблеми. Вони представили процесор як тривимірну мережу математичних об’єктів, званих тензорами, які представляють логічні ворота між 3 кубітами. Ця мережа була повторена на 53 рівнях, призначених для представлення 20 циклів, які проходить квантовий алгоритм перед тим, як буде зчитано вихідні дані процесора.

Перевага використання тензорів полягає в тому, що графічні процесори, чіпи, які започаткували революцію глибокого навчання, здатні обробляти їх дуже швидко паралельно. Дослідники також скористалися тим фактом, що обчислення Google щодо Sycamore були не дуже точними, досягнувши лише 0.2 відсотка точності. Це дозволило їм пожертвувати частиною точності моделювання, щоб підвищити його швидкість, що вони й зробили, усунувши деякі зв’язки між кубітами.

Результатом стало те, що їм вдалося змоделювати продуктивність процесора Sycamore із точністю 0.37 відсотка всього за 15 годин на 512 графічних процесорах — значно менша обчислювальна потужність, ніж більшість провідних суперкомп’ютерів. Стаття з викладом результатів зараз друкується за адресою Physical Review Letters,, але без рецензуванняed попереднього друку було випущено в листопаді минулого року.

Хоча результат дещо лопнув бульбашку квантової переваги Google, в електронному листі до наука, компанія зазначила, що передбачила покращення класичних алгоритмів у своїй статті 2019 року. Але вони додають, що не думають, що зможуть довго встигати за експоненціальним зростанням продуктивності квантових комп’ютерів.

Це не єдиний експеримент квантової переваги, який потрібно скасувати. У 2020 році китаєць команда стверджували, що проблему, яку їхній квантовий комп’ютер може вирішити за 200 секундДля створення суперкомп’ютера знадобилося б 2.5 мільярда років, але в січні дослідники показали, що насправді це займе лише 73 дні.

Хоча це не заперечує прогресу, досягнутого в цій галузі, зростаючий хор дослідників каже, що протиставлення квантових і класичних машин одна одній у таких абстрактних обчислювальних проблемах насправді не дає чіткого уявлення про те, де технологія at.

Справжнє випробування, за їх словами, буде, коли квантові комп’ютери зможуть вирішувати проблеми реального світу швидше й ефективніше, ніж класичні. І це, здається, ще може бути далеко.

Зображення кредиту: Google