Исследователи, использующие обычный суперкомпьютер, узурпировали «квантовое превосходство» Google

В 2019 году Google с гордостью объявил, что получил то, что исследователи квантовых вычислений искали в течение многих лет: доказательство того, что эзотерическая техника может превзойти традиционные методы. Но эта демонстрация «квантового превосходства» оспаривается исследователями, которые утверждают, что превзошли Google в сравнении с относительно обычным суперкомпьютером.

Чтобы было ясно, никто не говорит, что Google солгал или исказил свою работу: кропотливые и новаторские исследования, которые привели к объявлению о квантовом превосходстве в 2019 году, по-прежнему чрезвычайно важны. Но если эта новая статья верна, конкуренция между классическими вычислениями и квантовыми вычислениями по-прежнему остается игрой для всех.

Полную историю о том, как Google превратил теорию квантовых технологий в реальность, можно прочитать в исходной статье, а вот ее очень короткая версия. Квантовые компьютеры, такие как Sycamore, даже не лучше классических компьютеров, за исключением, пожалуй, одной задачи: моделирования квантового компьютера.

Звучит как лазейка, но смысл квантового превосходства в том, чтобы показать жизнеспособность метода, найдя хотя бы одну очень специфическую и странную задачу, которую он может выполнить быстрее, чем даже самый быстрый суперкомпьютер. Потому что это дает квантовую возможность расширить эту библиотеку задач. Может в конце концов все задачи будут быстрее в квантовом плане, но для целей Google в 2019 году была только одна, и они очень подробно показали как и почему.

Команда Китайской академии наук под руководством Пань Чжана опубликовала статью, в которой описывается новый метод моделирования квантового компьютера (в частности, некоторых излучаемых им шумовых паттернов), который, по-видимому, занимает крошечную часть предполагаемое время для классического расчета, чтобы сделать это в 2019 году.

Не являясь экспертом в области квантовых вычислений или профессором статистической физики, я могу дать только общее представление о методе Zhang et al. использовал. Они представили проблему в виде большой трехмерной тензорной сети, в которой 53 кубита Sycamore представлены сеткой узлов, выдавленных 20 раз, чтобы представить 20 циклов, которые прошли вентили Sycamore в моделируемом процессе. Математические отношения между этими тензорами (каждый из которых имеет собственный набор взаимосвязанных векторов) затем были рассчитаны с использованием кластера из 512 графических процессоров.

Иллюстрация статьи Чжана, показывающая визуальное представление ведро трехмерных тензоров, которые имитировали квантовые операции Sycamore. Изображение предоставлено: Пан Чжан и др.

В исходной статье Google было подсчитано, что для достижения такого масштаба моделирования на самом мощном суперкомпьютере, доступном в то время (Саммит в Национальной лаборатории Ок-Риджа), потребуется примерно 10 000 лет. 54 кубита делают 25 циклов; 53 кубита из 20 значительно менее сложны, но, согласно их оценке, на это уйдет порядка нескольких лет.

Группа Чжана утверждает, что сделала это за 15 часов. И если бы у них был доступ к подходящему суперкомпьютеру, такому как Summit, это можно было бы сделать за секунды — быстрее, чем Sycamore. Их статья будет опубликована в журнале Physical Review Letters; вы можете прочитать его здесь (PDF).

Эти результаты еще предстоит полностью проверить и воспроизвести тем, кто разбирается в этих вещах, но нет причин думать, что это какая-то ошибка или обман. В Google даже признали, что эстафету можно передать несколько раз, прежде чем прочно утвердится первенство, ведь строить и программировать квантовые компьютеры невероятно сложно, в то время как классические компьютеры и их программное обеспечение постоянно совершенствуются. (Другие в квантовом мире поначалу скептически отнеслись к их заявлениям, но некоторые из них являются прямыми конкурентами.)

Google предложил следующий комментарий для...