Ученые опровергают заявление Google о квантовом преимуществе с помощью обычного компьютера

Когда Google объявил, что его квантовый компьютер решил проблему, выходящую за рамки способность самый мощный суперкомпьютер, он стал знаковым для отрасли. Но китайские исследователи теперь показали, что они могут решить то же проблема на обычном суперкомпьютере за считанные секунды.

Окончательное обещание квантовой вычисление is его способность выполнять определенные вычислительные трюки намного быстрее, чем классические машины, или даже решать проблемы, которые было бы практически невозможно решить с помощью традиционных подходов.

Тем не менее, эта область все еще находится в зачаточном состоянии, и сегодняшние устройства слишком малы, чтобы их можно было использовать для решения каких-либо реальных задач. Но в попытке доказать, что эта область развивается, разработчики квантовых процессоров стремились найти проблемы, которые могут не иметь большого практического применения, но могут продемонстрировать потенциальное ускорение, на которое способна их технология.

Google совершил крупный прорыв на этом фронте в 2019 году, заявив, что его Платановый процессор Решил задачу, на решение которой у суперкомпьютера ушло бы 10,000 200 лет всего за XNUMX секунд. Задача была сфальсифицирована в их пользу, так как она по существу включала моделирование выходных данных их процессора, но, показав, что классический компьютер будет бороться, они смогли претендовать на «квантовое превосходство», более известное сегодня как «квантовое преимущество».

Но теперь исследователи в Китаеиметь решил ту же проблему всего за 15 часов используя сумный алгоритмический дизайн и относительно большой компьютер. По их расчетам, это заняло бы всего несколько десятков секунд, если бы у них был доступ к полноразмерным суперкомпьютерам.

Задача, поставленная Google, заключалась в том, чтобы смоделировать работу своего процессора в большей или меньшей степени как генератор случайных чисел. Единственная разница заключалась в том, что они повторяли алгоритм миллионы раз, и из-за природы алгоритма в выдаваемых случайных числах должен возникать определенный шаблон.

Моделирование этого на классическом компьютере должно быстро усложниться по мере увеличения размера процессора, потому что количество закодированной информации увеличивается экспоненциально с каждым дополнительным кубитом. Используя традиционные подходы к решению этой проблемы, Google предсказал, что на моделирование процессора с 10,000 кубитами уйдет 53 XNUMX лет.

Команда из Института теоретической физики Китайской академии наук получила aвокруг этого, перерабатывая основную математику, используемую, чтобы решить проблему. Они представили процессор как трехмерную сеть математических объектов, называемых тензорами, которые представляют собой логические вентили между 3 кубитами. Эта сеть была повторена на 53 слоях, предназначенных для представления 20 циклов, через которые проходит квантовый алгоритм, прежде чем будет прочитан вывод процессора.

Преимущество использования тензоров заключается в том, что графические процессоры, чипы, которые привели к революции в области глубокого обучения, могут очень быстро обрабатывать их параллельно. Исследователи также воспользовались тем фактом, что вычисления Google на Sycamore были не очень точными, достигнув точности всего 0.2 процента. Это позволило им пожертвовать точностью своего моделирования, чтобы повысить его скорость, что они и сделали, удалив некоторые связи между кубитами.

В результате им удалось смоделировать производительность процессора Sycamore с точностью 0.37 % всего за 15 часов на 512 графических процессорах — значительно меньшей вычислительной мощности, чем у большинства ведущих суперкомпьютеров. Документ с изложением результатов в настоящее время находится в печати по адресу Physical Review Letters,, но без экспертной оценкиed препринт был выпущен в ноябре прошлого года.

Хотя результат несколько лопнул пузырь квантового превосходства Google, в электронном письме Наука, компания указала, что в своей статье 2019 года она предсказывала улучшение классических алгоритмов. Но они добавляют, что не думают, что смогут долго идти в ногу с экспоненциальным ростом производительности квантовых компьютеров.

Это не единственный проваленный эксперимент по квантовому превосходству. В 2020 году китаец команда утверждали, что проблема, которую их квантовый компьютер может решить за 200 секундnds займет у суперкомпьютера 2.5 миллиарда лет, но в январе исследователи показали, что на самом деле это займет всего 73 дня.

Хотя это не сводит на нет прогресс, достигнутый в этой области, растущий хор исследователей говорит, что противопоставление квантовых и классических машин друг другу в таких абстрактных вычислительных задачах на самом деле не дает четкого представления о том, где находится технология. at.

Они говорят, что настоящим испытанием станет, когда квантовые компьютеры смогут решать реальные проблемы быстрее и эффективнее, чем классические. И кажется, что до этого еще далеко.

Кредит изображения: Google