фото с Зеркало недели
Коммерчески доступный квантовый компьютер завершил задачу, которая продемонстрировала, что эта технология может оставить квантовые компьютеры далеко позади, сообщает Science Alert.
Всего за 19 секунд процессор Nighthawk r2 компании IBM сгенерировал миллион выборок. На выполнение этой задачи суперкомпьютеру потребовалось бы 110 лет. Результаты эксперимента группа под руководством Тиграна Седракяна из компании BlueQubit опубликовала на сайте препринтов arXiv.
Квантовый прорыв Microsoft оказался под сомнением: ученые раскритиковали новое исследование
«Насколько нам известно, это первая демонстрация квантового превосходства в задаче стандартной выборки из случайных квантовых схем, выполненная на коммерчески доступном квантовом процессоре, работу которого могут легко воспроизвести даже пользователи, не являющиеся экспертами в области квантовых вычислений», - написали ученые.
Борьба за достижение квантового превосходства — это своего рода «гонка вооружений» между суперкомпьютерами и квантовыми компьютерами, которая развернулась в 2018 году. Суть концепции заключается в том, что должна существовать задача квантовых вычислений, выполнение которой для классического компьютера было бы практически невозможно.
В 2018 году исследователи из Калифорнийского университета в Беркли представили убедительные теоретические доказательства того, что идеальным кандидатом на эту роль является задача случайной выборки из квантовых схем (Random Circuit Sampling, или RCS).
Квантовая схема представляет собой последовательность операций над кубитами, отчасти напоминающую операции с битами в обычном компьютере. В процессе RCS эти операции выбираются преимущественно случайным образом, что приводит к формированию все более сложного квантового состояния. Затем процессор многократно измеряет это состояние, выдавая последовательности нулей и единиц — так называемые «выборки».
Получение таких выборок — задача довольно простая, однако по мере увеличения числа кубитов и операций расчет распределения вероятностей, необходимого для воспроизведения тех же результатов на классическом компьютере, превращается в титанический, практически невыполнимый труд.
В 2019 году Google заявил о том, что его квантовый компьютер успешно выполнил эксперимент RCS, сложность которого выходила за рамки возможностей обычных суперкомпьютеров. Но вскоре исследователи, которые работают с классическими системами, начали находить нестандартные способы заставить обычные компьютеры воспроизвести эти результаты. Специалисты же в области квантовых технологий начали выводить их на все более экстремальные режимы работы.
Новый эксперимент выделяется среди других. Вместо использования специализированного экспериментального квантового процессора Седракян и его коллеги провели эксперимент на Nighthawk r2 — 120-кубитном сверхпроводящем квантовом процессоре, доступном пользователям через облачную платформу IBM.
Они отобрали 61 кубит и применили к ним последовательности случайных операций (схемы) возрастающей сложности — вплоть до 40 циклов (повторяющихся этапов, в ходе которых с кубитами выполнялись различные манипуляции и создавалась квантовая запутанность). При этом ученые использовали стандартный облачный рабочий процесс платформы, не прибегая к специальной калибровке под конкретный эксперимент.
Оптимальный режим работы («золотая середина») был найден на уровне 36 циклов; в такой схеме задействовалось 918 двухкубитных вентилей. В этих условиях процессор Nighthawk r2 сгенерировал один миллион выборок всего за 19 секунд.
Но гораздо сложнее оказалось оценить, насколько трудной эта задача будет для классического компьютера. Для определения этого ученые использовали метод, который называется сверткой тензорных сетей.
Реклама
Он позволяет оценить вычислительные затраты на моделирование квантовой схемы на классическом компьютере. Используя этот подход, Седракян и его коллеги подсчитали, что для воспроизведения полученного ими миллиона выборок потребовалось бы около 1,2 ? 10?? вычислительных операций.
Напомним, недавно ученые из Национального института стандартов и технологий США (NIST) провели испытания квантового интернета в реальных условиях. Им удалось передать фотоны на расстояние 62 километра, используя уже существующий сетевой кабель.