Не поспішайте. Китайські вчені спростували квантову перевагу Google

Мінімальна одиниця інформації у звичайних комп’ютерах — біт. Вони існують лише в одному стані з двох — 0 або 1. У квантових комп’ютерах біти замінені на кубіти. Головна їхня відмінність — можливість перебувати в суперпозиції, тобто у двох станах одночасно: і 0, і 1.

Чим більше кубітів у квантовому комп’ютері, тим більше можливих станів доступні. Один кубіт додає один ступінь до 2. Два кубіти дасть 4 можливі стани (2²); десять кубітів — 1024 (2¹º) і так далі. Завдяки цьому квантові комп’ютери потенційно можуть перебирати варіанти та вирішувати завдання набагато швидше, ніж звичайні.

У Google у гонитві за гучними заголовками у 2019 році трохи схитрували. Їхній Sycamore вирішив одне специфічне завдання, яке не має реального застосування та розроблене так, щоб бути складним для звичайного, але максимально простим для квантового комп’ютера. Комп’ютер мав знайти доказ випадковості чисел, створених генератором випадкових чисел. Sycamore вдалося зробити це за три хвилини та двадцять секунд.

У своїй статті, в якій вони й оголосили про досягнення квантової переваги, дослідники Google стверджували, що вирішення цього завдання перевантажило б навіть суперкомп’ютер Summit, що складається з 9216 центральних і 27 648 графічних процесорів, через що йому знадобилося б близько 10 тис. років на розв’язання завдання.

На основі цього вчені і зробили свою гучну заяву про досягнення квантової переваги. Однак квантова перевага — це не розв’язання одного специфічного завдання. Це постійна можливість вирішувати неможливі завдання для звичайних комп’ютерів і проводити заскладні для сучасних систем обчислення.

Однак у IBM не погодилися з висновками дослідників Google. Через кілька днів після виходу статті Google четверо співробітників IBM написали, що оптимізація обладнання та використання кожного доступного біта дала б можливість суперкомп’ютеру Summit впоратися із завданням всього за два з половиною дні, а не за 10 тис. років.

Так, все одно довше, ніж лише кілька хвилин, які знадобилися для розв’язання подібного завдання квантовому комп’ютеру Sycamore, проте це безумовно не дає можливості вченим Google стверджувати про квантову перевагу. Інженери IBM у своєму блозі зазначили, що «термін „квантова перевага“ неправильно тлумачиться і викликає серйозну плутанину». У цьому разі правильно було б доречніше використати термін квантової переваги, щоб описати можливість за допомогою квантових технологій швидше вирішити завдання, яке, водночас під силу класичному комп’ютеру.

Китайські вчені з Інституту теоретичної фізики Китайської академії наук пішли ще далі. Вони використали систему, яка працювала всього на 512 графічних процесорах, і оптимізували її роботу настільки точно, що їхній комп’ютер впорався із завданням за 15 годин. Пан Чжан, провідний автор дослідження, стверджує, що якби в їхньому розпорядженні був суперкомп’ютер на кшталт Summit, їм би вдалося вкластися в кілька десятків секунд — у 10 мільярдів разів швидше, ніж передбачала команда Google.

Вчені зазначають, що такі роботи наголошують — ми не можемо просто брати певне завдання і дивитися, яка машина швидше його вирішить. Чжан упевнений, що нам необхідно знайти кілька завдань, які одночасно застосовні у реальному житті та можуть показати приклад квантової переваги.

Водночас дослідники зазначають, що робота Google — це не просто піар чи галас. Sycamore у будь-якому разі потрібно набагато менше енергії і виконує менше операцій, щоб вирішити завдання. Так чи інакше, ця робота стала відправною точкою в гонитві за справжньою квантовою перевагою.