Forskere detroniserer Googles Quantum Advantage-krav med en konventionel computer

Da Google annoncerede, havde sin kvantecomputer løst et problem ud over evne til mest kraftfulde supercomputer, det var et vartegn for industrien. Men kinesiske forskere har nu vist, at de kunne løse samme problem på en normal supercomputer på få sekunder.

Det ultimative løfte om kvante computing is dens evne at udføre visse beregningsmæssige bedrifter langt hurtigere end klassiske maskiner, eller endda løse problemer, som i det væsentlige ville være umulige at knække ved hjælp af traditionelle tilgange.

Feltet er dog stadig begyndt, og nutidens enheder er alt for små til at blive sat i gang med udfordringer i den virkelige verden. Men i et forsøg på at bevise, at feltet gør fremskridt, har udviklere af kvanteprocessorer været ivrige efter at finde problemer, der måske ikke har megen praktisk nytte, men som kan demonstrere de potentielle speedups, deres teknologi er i stand til.

Google fik et stort gennembrud på denne front i 2019, da det hævdede, at det Sycamore processor havde løst et problem, der ville tage en supercomputer 10,000 år på kun 200 sekunder. Problemet blev rigget til deres fordel, da det i det væsentlige involverede simulering af deres processors output, men ved at vise, at en klassisk computer ville kæmpe, var de i stand til at hævde "kvanteoverherredømme", mere almindeligt kendt som "kvantefordel" i dag.

Men nu forskere i Chinen have fik det samme problem på kun 15 timer ved hjælp af set smart algoritmisk design og en moderat stor computer. Ifølge deres beregninger ville det kun tage et par dusin sekunder, hvis de havde adgang til supercomputere i fuld størrelse.

Udfordringen Google havde stillet var at simulere sin processor, der mere eller mindre fungerede som en tilfældig talgenerator. Den eneste forskel var, at de gentog algoritmen millioner af gange, og på grund af algoritmens natur skulle der opstå et bestemt mønster i de tilfældige tal, der spyttes ud.

At simulere dette på en klassisk computer skulle hurtigt blive svært, da størrelsen af ​​processoren øges, fordi mængden af ​​kodet information stiger eksponentielt for hver ekstra qubit. Ved at bruge konventionelle metoder til at løse dette problem forudsagde Google, at det ville tage 10,000 år at simulere sin 53-qubit-processor.

Holdet fra Institut for Teoretisk Fysik ved Det Kinesiske Videnskabsakademi fik arunde dette ved at omarbejde den underliggende matematik, der blev brugt til at løse problemet. De repræsenterede processoren som et 3D-netværk af matematiske objekter kaldet tensorer, der repræsenterer de logiske porte mellem de 53 qubits. Dette netværk blev gentaget over 20 lag, designet til at repræsentere de 20 cyklusser, kvantealgoritmen løber igennem, før processorens output læses.

Fordelen ved at bruge tensorer er, at GPU'erne, de chips, der har drevet den dybe læringsrevolution, er i stand til at behandle dem meget hurtigt parallelt. Forskerne udnyttede også, at Googles beregninger på Sycamore ikke var særlig præcise og opnåede en troskab på kun 0.2 procent. Dette gjorde det muligt for dem at ofre noget af nøjagtigheden af ​​deres simulering for at øge dens hastighed, hvilket de gjorde ved at fjerne nogle af forbindelserne mellem qubits.

Resultatet var, at de formåede at simulere output fra Sycamore-processoren til en nøjagtighed på 0.37 procent på kun 15 timer på 512 GPU'er - betydeligt mindre processorkraft end de fleste førende supercomputere. Et papir, der skitserer resultaterne, er i øjeblikket under tryk kl Physical Review Letters, men en ikke-peer-reviewed pre-print blev udgivet i november sidste år.

Mens resultatet i nogen grad sprænger Googles kvanteoverherredømmeboble, i en e-mail til Videnskab, påpegede virksomheden, at den havde forudsagt, at klassiske algoritmer ville blive bedre i sit 2019-papir. Men de tilføjer, at de ikke tror, ​​de vil være i stand til at holde trit med kvantecomputeres eksponentielle stigninger i ydeevnen i lang tid.

Det er ikke det eneste kvanteoverherredømmeeksperiment, der skal fortrydes. I 2020 en kineser hold hævdede, at et problem, deres kvantecomputer kunne løse på 200 sekundernds ville tage en supercomputer 2.5 milliarder år, men i januar viste forskere, at det faktisk kun ville tage 73 dage.

Selvom dette ikke afkræfter de fremskridt, der gøres på området, siger et voksende kor af forskere at sætte kvantemaskiner og klassiske maskiner op mod hinanden på denne slags abstrakte beregningsproblemer ikke rigtig giver en klar fornemmelse af, hvor teknologien er. at.

Den virkelige test, siger de, vil være, når kvantecomputere er i stand til at løse problemer i den virkelige verden hurtigere og mere effektivt end klassiske. Og det ser ud til, at det stadig er et stykke vej væk.

Billedkredit: Google