2019’da Google, kuantum hesaplama araştırmacılarının yıllardır aradıkları şeyi başardıklarını gururla duyurdu: ezoterik tekniğin geleneksel tekniklerden daha iyi performans gösterebileceğinin kanıtı. Ancak bu “kuantum üstünlüğü” kanıtı, nispeten normal bir süper bilgisayarda Google’ın önüne geçtiğini iddia eden araştırmacılar tarafından sorgulanıyor.
Açık olmak gerekirse, kimse Google’ın yalan söylediğini veya çalışmalarını yanlış tanıttığını söylemiyor – 2019’da kuantum üstünlüğünün duyurulmasına yol açan özenli ve çığır açan araştırma hala çok önemli. Ancak bu yeni makale doğruysa, klasik ve kuantum hesaplama rekabeti hala herkesin oyunudur.
Google’ın kuantumu teoriden gerçeğe nasıl götürdüğünün tam hikayesini orijinal makalede okuyabilirsiniz, ancak işte çok kısa versiyonu. Sycamore gibi kuantum bilgisayarlar, bir görevin olası istisnası dışında, henüz hiçbir şeyde klasik bilgisayarlardan daha iyi değil: bir kuantum bilgisayarı simüle etmek.
Kulağa bir kaçış gibi geliyor, ancak kuantum üstünlüğünün amacı, en hızlı süper bilgisayardan bile daha iyi yapabileceği oldukça spesifik ve tuhaf bir görev bularak yöntemin uygulanabilirliğini göstermektir. Çünkü bu, görev kitaplığını genişletmek için kuantum ayağını kapıya sokar. Belki de sonunda tüm görevler kuantumda daha hızlı olacak, ancak Google’ın 2019’daki amaçları için sadece bir tanesiydi ve nasıl ve neden ayrıntılı olarak gösterdiler.
Şimdi, Çin Bilimler Akademisi’nde Pan Zhang liderliğindeki bir ekip, klasik için tahmin edilen zamanın çok küçük bir kısmını alan bir kuantum bilgisayarı (özellikle, ortaya çıkardığı belirli gürültü kalıplarını) simüle etmek için yeni bir tekniği açıklayan bir makale yayınladı. 2019’da bunu yapmak için hesaplama.
Kuantum hesaplama uzmanı veya istatistiksel fizik profesörü olmadığım için, Zhang ve diğerleri tekniği hakkında yalnızca genel bir fikir verebilirim. Kullanılmış. Problemi, Sycamore’daki 53 kübitin bir düğüm ızgarası tarafından temsil edildiği, Sycamore kapılarının simüle edilen süreçte geçirdiği 20 döngüyü temsil etmek için 20 kez ekstrüde edildiği büyük bir 3B tensör ağı olarak ortaya koydular. Bu tensörler (her biri kendi birbiriyle ilişkili vektörler kümesi) arasındaki matematiksel ilişkiler daha sonra 512 GPU’luk bir küme kullanılarak hesaplandı.
Zhang’ın makalesinden, Sycamore’un kuantum işlemlerini simüle etmek için kullandıkları 3B tensör dizisinin görsel bir temsilini gösteren bir örnek. Resim Kredisi: Pan Zhang et al.
Google’ın orijinal makalesinde, o sırada mevcut olan en güçlü süper bilgisayarda (Summit at Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı) bu simülasyon ölçeğini gerçekleştirmenin yaklaşık 10.000 yıl süreceği tahmin ediliyordu. 25 döngü; 53 kübit 20 yapmak önemli ölçüde daha az karmaşıktır, ancak yine de tahminlerine göre birkaç yıl sürecektir.
Zhang’ın grubu bunu 15 saat içinde yaptığını iddia ediyor. Ve Summit gibi uygun bir süper bilgisayara erişimleri olsaydı, birkaç saniye içinde, Sycamore’dan daha hızlı bir şekilde gerçekleştirilebilirdi. Makaleleri Physical Review Letters dergisinde yayınlanacak; buradan okuyabilirsiniz (PDF).
Bu sonuçlar henüz tam olarak incelenmedi ve bu tür şeyler hakkında bilgili kişiler tarafından tekrarlanmadı, ancak bunun bir tür hata veya aldatmaca olduğunu düşünmek için hiçbir neden yok. Google, klasik bilgisayarlar ve yazılımları sürekli olarak geliştirilirken kuantum bilgisayarları inşa etmek ve programlamak inanılmaz derecede zor olduğundan, üstünlüğün sağlam bir şekilde kurulmasından önce sopanın birkaç kez ileri geri alınabileceğini bile kabul etti. (Kuantum dünyasındaki diğerleri, başlangıçta iddialarına şüpheyle yaklaştılar, ancak bazıları doğrudan rakipler.)
Google, buradaki ilerleme yürüyüşünü kabul eden aşağıdaki yorumu sundu:
2019 makalemizde klasik algoritmaların gelişeceğini söylemiştik (aslında Google, burada rastgele devre simülasyonu için kullanılan yöntemi 2017’de ve 2018 ve 2019’da hesaplama maliyetleri için sadakat ticareti yapma yöntemlerini icat etti) – ancak kilit nokta şu ki kuantum teknoloji katlanarak daha hızlı gelişiyor. Dolayısıyla, son birkaç yıldaki önemli gelişmelere rağmen, bu klasik yaklaşımın 2022 ve sonrasında kuantum devrelerine ayak uydurabileceğini düşünmüyoruz.
Maryland Üniversitesi kuantum bilimcisi Dominik Hangleiter olarak Bilime anlattıbu Google için bir kara göz ya da genel olarak kuantum için herhangi bir şekilde nakavt bir yumruk değil: “Google deneyi yapması gerekeni yaptı, bu yarışa başlayın.”
Google, kendine ait yeni iddialarla iyi bir şekilde karşılık verebilir – o da ayakta durmadı. Ancak bunun rekabetçi olması bile dahil olan herkes için iyi bir haber; Bu, Google ve Zhang’ınki gibi heyecan verici bir bilgi işlem alanı ve herkes için çıtayı yükseltmeye devam ediyor.