Не торопитесь. Китайские ученые опровергли квантовое превосходство Google

Минимальная единица информации в обычных компьютерах — бит. Они существуют лишь в одном состоянии из двух — 0 или 1. В квантовых компьютерах биты заменены на кубиты. Главное их отличие — возможность находиться в суперпозиции, то есть в двух состояния одновременно: и 0, и 1.

Чем больше кубитов в квантовом компьютере, тем больше возможных состояний ему доступны. Один кубит добавляет одну степень к 2. Два кубита даст 4 возможных состояния (2²); десять кубитов — 1024 (2¹º) и так далее. Благодаря этому квантовые компьютеры потенциально могут перебирать варианты и решать задачи намного быстрее, чем обычные.

В Google в погоне за громкими заголовками в 2019 году немного схитрили. Их Sycamore решил одну специфическую задачу, которая не имеет реального применения и разработана таким образом, чтобы быть сложной для обычного, но максимально простой для квантового компьютера. Компьютер должен был найти доказательство случайности чисел, которые созданы генератором случайных чисел. Sycamore удалось сделать это за три минуты и двадцать секунд.

В своей статье, в которой они и объявили о достижении квантового превосходства, исследователи Google утверждали, что решение этой задачи перегрузило бы даже суперкомпьютер Summit, состоящий из 9216 центральных и 27 648 графических процессоров, из-за чего ему потребовалось бы около 10 тыс. лет на решение задачи.

На основе этого ученые и сделали свое громкое заявление о достижении квантового превосходства. Однако квантовое превосходство — это не решение одной специфической задачи. Это постоянная возможность решать невозможные для обычных компьютеров задания и проводить слишком сложные для современных систем вычисления.

Однако в IBM не согласились с выводами исследователей Google. Спустя несколько дней после выхода статьи Google, четверо сотрудников IBM написали, что оптимизация оборудования и использование каждого доступного бита позволило бы суперкомпьютеру Summit справиться с задачей всего за два с половиной дня, а не за 10 тыс. лет.

Да, все равно дольше, чем всего несколько минут, которые потребовались для решения подобной задачи квантовому компьютеру Sycamore, однако это определенно не дает возможности ученым Google утверждать о квантовом превосходстве. Инженеры IBM в своем блоге отметили, что «термин „квантовое превосходство“ неверно истолковывается и вызывает серьезную путаницу». В этом случае правильно было бы использовать термин квантовое преимущество — возможность с помощью квантовых технологий быстрее решить задачу, которая, тем не менее, по силам классическому компьютеру.

Китайские ученые из Института теоретической физики Китайской академии наук пошли еще дальше. Они использовали систему, которая работала всего на 512 графических процессорах и оптимизировали ее работу настолько точно, что их компьютер справился с задачей за 15 часов. Пан Чжан, ведущий автор исследования, утверждает, что, будь в их распоряжении суперкомпьютер вроде Summit, им бы удалось уложиться в несколько десятков секунд — в 10 миллиардов раз быстрее, чем предполагала команда Google.

Ученые отмечают, что такие работы подчеркивают — мы не можем просто брать определенную задачу и смотреть, какая машина быстрее ее решит. Чжан уверен, что нам необходимо найти несколько задач, которые одновременно применимы в реальной жизни и могут показать пример квантового преимущества.

Одновременно с этим исследователи отмечают, что работа Google — это не просто пиар или шумиха. Sycamore в любом случае требуется намного меньше энергии и выполняет меньше операций, чтобы решить задачу. Так или иначе, эта работа стала отправной точкой в погоне за настоящим квантовым превосходством.