Квантовый процессор IBM Nighthawk r2 за 19 секунд выполнил вычисление, которое при моделировании на классическом суперкомпьютере могло бы занять около 110 лет. Исследователи использовали коммерчески доступный квантовый процессор и стандартный облачный интерфейс IBM, без специальной настройки оборудования под эксперимент.
В эксперименте задействовали 61 из 120 кубитов процессора Nighthawk r2. На них запускали схемы со случайно выбранными операциями, постепенно увеличивая их сложность. В оптимальном режиме схема состояла из 36 циклов и включала 918 двухкубитных вентилей — операций, которые связывают состояния двух кубитов.
В результате процессор за 19 секунд сгенерировал миллион образцов — последовательностей из нулей и единиц, полученных при многократном измерении квантового состояния. Такая задача относится к random circuit sampling, или выборке случайных квантовых схем. Она используется как один из тестов для оценки так называемого квантового преимущества.
Сложность эксперимента заключается не столько в получении результатов на квантовом процессоре, сколько в попытке воспроизвести то же вычисление на обычной вычислительной системе. Чем больше кубитов и операций содержит схема, тем сложнее классическому компьютеру рассчитать распределение вероятностей, необходимое для получения аналогичных результатов.
Чтобы оценить требуемые ресурсы, исследователи применили метод тензорно-сеточной свертки. По их расчетам, воспроизведение миллиона образцов потребовало бы около 1,2 × 10²⁷ вычислительных операций. Сопоставив эту оценку с производительностью суперкомпьютера Frontier, ученые получили примерно 110 лет вычислений.
При этом цифру в 110 лет нельзя считать абсолютным пределом для классических компьютеров. Это оценка, полученная с использованием конкретного метода моделирования. Более эффективный алгоритм или новый способ оптимизации вычислений способен существенно сократить необходимое время. Именно поэтому исследователи говорят не о том, что квантовый компьютер окончательно превзошел классические системы, а о демонстрации квантового преимущества на конкретном тесте.
Важной особенностью эксперимента стало использование не специального лабораторного прототипа, а процессора, доступного пользователям через облачную платформу IBM. Исследователи также опубликовали использованные схемы, результаты и программный код, чтобы другие специалисты могли самостоятельно проверить эксперимент.
Читайте также:
Квантовый компьютер впервые заработал на орбите Земли
В МАДИ предложили способ ускорить обучение нейросетей на квантовых компьютерах