19 секунд вместо 110 лет: квантовые вычисления оставили суперкомпьютер далеко позади

Коммерческий квантовый компьютер за 19 с выполнил задачу, на которую у суперкомпьютера ушло бы около 110 лет. Эксперимент проводился на обычном облачном процессоре без специальной настройки — его может повторить практически любой пользователь.

Коммерчески доступный квантовый процессор IBM Nighthawk r2 за 19 секунд выполнил задачу, на которую у самого мощного суперкомпьютера ушло бы около 110 лет

Источник: IBM

Гонка за квантовым превосходством вышла на новый уровень: коммерчески доступный квантовый процессор IBM Nighthawk r2 за 19 c выполнил задачу, на которую у самого мощного суперкомпьютера ушло бы около 110 лет. Результаты описаны в препринте на arXiv.

Команда под руководством физика-теоретика Тиграна Седракяна из компании BlueQubit использовала 61 кубит из 120 сверхпроводящего процессора, доступного через облачную платформу IBM. Кубиты подвергались воздействию случайных схем возрастающей сложности — до 40 циклов. Оптимальная конфигурация нашлась на 36-м цикле с 918 двухкубитными вентилями: именно тогда Nighthawk r2 сгенерировал миллион выборок за 19 c.

Эксперимент построен на задаче выборки из случайных схем — RCS, которую в 2018 году теоретически обосновали исследователи из Калифорнийского университета в Беркли (признан в России нежелательной организацией). Суть такова: квантовая схема из случайно выбранных операций создает сложное состояние, которое процессор измеряет снова и снова, получая цепочки нулей и единиц. Сгенерировать выборки несложно, но вычислить распределение вероятностей для воспроизведения тех же результатов на классическом компьютере становится практически невыполнимой задачей по мере роста числа кубитов.

«Насколько нам известно, это первая демонстрация квантового преимущества при использовании обычной выборки случайных цепей на коммерческом и широко доступном квантовом процессоре, которую может легко воспроизвести большинство пользователей квантовых компьютеров, не являющихся экспертами», — пишут авторы.

Оценить, насколько сложной была бы эта задача для классической системы, помог метод сжатия тензорных сетей. Расчеты показали: для воспроизведения миллиона выборок потребуется порядка 1,2 × 10²⁷ вычислительных операций. Frontier — первый экзафлопсный суперкомпьютер, самый быстрый до 2024 года — справился бы с этим примерно за 110 лет.

Квантовая схема из случайно выбранных операций создает сложное состояние, которое процессор измеряет снова и снова, получая цепочки нулей и единиц

Источник: Грэм Карлоу для IBM/Flickr, CC BY ND-2.0

Важно, что эксперимент проведен без специальной калибровки оборудования. Ученые использовали стандартный облачный рабочий процесс, а схемы, образцы и код опубликовали для независимой проверки.

Это очередной шаг в гонке, начатой в 2019 году заявлением Google о превосходстве 53-кубитного процессора Sycamore. Тогда классические физики быстро нашли способы воспроизвести результат на обычных компьютерах. Новый результат задает более высокую планку, хотя авторы открыто признают: более эффективные алгоритмы могут со временем сократить разрыв. Их цель — не заявить окончательную победу, а показать, что квантовый процессор на данный момент значительно опережает конкурентов.

Ранее Наука Mail рассказывала, что квантовый процессор впервые решил классическую задачу по геометрии.