Google подтверждает достижение «квантового превосходства», но так ли это на самом деле?

Не так давно мы рассказывали нашим читателям о мелькнувшей на сайте НАСА статье, в которой представители компании Google объявили о достижении так называемого квантового превосходства, точки, в которой квантовый компьютер успешно справляется с решением задачи, которую принципиально невозможно решить на компьютерах традиционной архитектуры. Основой квантового компьютера Google является самый мощный на сегодняшний день процессор Sycamore, которому потребовалось 200 секунд (3 минуты и 20 секунд) на решение задачи, с которой бы Summit, самый мощный из современных суперкомпьютеров, справился бы более чем за 10 тысяч лет.

Процессор Sycamore содержит 54 квантовых бита, кубита. Но по некоторым причинам при решении задачи исследователи компании Google и Калифорнийского университета в Санта-Барбаре использовали только 53 кубита. Эти кубиты были запутаны в сложное квантовое состояние суперпозиции, которое производит по определенным законам определенную двоичную последовательность, называемую битовой строкой. И квантовый компьютер оказался способен рассчитать вероятность получения каждого возможного варианта битовой строки, потратив на это 200 секунд, в течение которых было произведено около миллиона измерений состояния каждого кубита.

Квантовый компьютер Google стал способен справиться с этой задачей настолько быстро благодаря тому, что его кубиты дают возможность одновременного выполнения огромного количества параллельных операций. Классические компьютеры, с другой стороны, должны обсчитать последовательно каждую из квадриллионов возможных комбинаций состояний кубитов. На этот процесс, по оценкам группы компании Google, потребуется более 10 тысяч лет, которые трудно назвать приемлемым сроком для решения любой практической задачи. И это, по мнению компании Google, является весьма убедительной демонстрацией достижения квантового превосходства.

Однако, такой уровень убедительности доказательств совершенно не впечатлил одного из ближайших конкурентов Google в области квантовых технологий — компанию IBM. Представители IBM совершенно не подвергают сомнению факт, что показанный процессором Sycamore результат является огромным достижением. Но они утверждают, что решенная квантовых компьютером задача является вполне по силам классическим компьютерам, а объявленный Google срок в 10 тысяч лет может быть сокращен всего до 2.5 суток. И в таком случае утверждение о достижении квантового превосходства является далеким от истинного положения вещей.

«Мы утверждаем, что эта же самая задача, с учетом использования идеально оптимизированных математических моделей и алгоритмов, может быть выполнена на классической вычислительной системе за 2.5 дня» — пишут представители компании IBM. Стоит согласиться, что 200 секунд квантового процессора Sycamore — это намного лучше 60 часов времени работы суперкомпьютера Summit, но 60 часов непрерывных расчетов является далеко не пределом в мире современных суперкомпьютерных технологий, и это означает, что барьер квантового превосходства так и не был взят.

Камнем преткновения в данном противостоянии является предположение специалистов Google о том, что никакие из современных суперкомпьютеров не имеют объема оперативной памяти, в котором можно разместить сразу все комбинации двоичных строк для дальнейших расчетов. Поэтому классические компьютеры будут обрабатывать их последовательно, пачками, размеры которых соответствуют объему памяти компьютера. А на это потребуется около 12 019 лет.

Но специалисты IBM утверждают, что спасением в данном случае станет технология, старая, как мир информационных технологий — кэширование оперативной памяти на дисковое пространство, объемы которого обычно на порядки превосходят объемы оперативной памяти. Использования самых современных решений в области хранения, передачи и кэширования данных на дисках и станет палочкой-выручалочкой, которая позволит решить задачу за 2.5 суток.

«Эксперименты компании Google являются превосходнейшей демонстрацией продвижения квантовых технологий на базе сверхпроводящих кубитов» — пишут представители IBM, — «Но даже возможностей 54-кубитового процессора Sycamore сейчас еще мало для демонстрации реального квантового превосходства».

Однако нападки со стороны компании IBM не сильно беспокоят компанию Google. В статье, опубликованной в журнале New Scientist, которая стала официальным подтверждением достижения компании, Джон Мартинис (John Martinis) рекомендует специалистам IBM выполнить реальную проверку при помощи суперкомпьютера Summit. «Одна вещь — это выдвинуть гипотезу, пусть и несколько обоснованную. Но совершенно иное — сделать это все на реальном компьютере, как это сделали мы на своем» — пишет Мартинис.

Но, вне зависимости от того, было ли достигнуто реальное квантовое превосходство или нет, достижение компании Google можно считать самой знаменательной вехой в области квантовых вычислительных технологий за все время существования этой области. Источник