IBM: квантовый процессор выполнил за 19 секунд работу суперкомпьютера

Новый эксперимент по выборке случайных схем, проведенный на квантовом процессоре IBM Nighthawk r2, занял всего 19 секунд. Для воспроизведения аналогичного результата с сопоставимой точностью одному из самых мощных в мире суперкомпьютеров Frontier потребовалось бы около 110 лет. Работа выполнена под руководством Тиграна Седракяна из компании BlueQubit, базирующейся в Сан-Франциско.

Суть эксперимента и методология проверки

Задача не имеет практического прикладного значения, но служит стресс-тестом для определения момента достижения «квантового преимущества». Исследователи применили 36 раундов операций к 61 кубиту, создав 918 двухкубитных взаимодействий. Процессор сгенерировал миллион результатов, представляющих собой строки из нулей и единиц.

Главная сложность заключалась в верификации: как проверить работу квантового компьютера, если классический расчет полного ответа невозможен? Ученые использовали два метода. Первый основан на создании «заплатанных» версий схемы, разделенных на три или четыре меньшие группы, которые можно точно смоделировать классически для оценки общей точности. Второй метод использовал зеркальные схемы, где последовательность операций немедленно обращается вспять; отклонение от начального состояния позволяло измерить накопленный шум без участия классического компьютера.

Технические возможности Nighthawk r2

Результат опубликован в виде препринта на сервере arXiv и пока не прошел рецензирование. В отличие от предыдущих демонстраций, здесь использовался доступный через облачную платформу IBM процессор, а не специализированная лабораторная установка. Ключевым фактором успеха стала скорость сброса состояний кубитов.

Процессор Nighthawk r2 оснащен механизмом активного отвода энергии, сокращающим время простоя между запусками до одной микросекунды. Это позволяет выполнять более 100 000 схем в секунду против примерно 4 000 у предшествующего поколения Heron. Партия вычислений, занимающая на Heron около 25 секунд, на новой машине проходит примерно за одну секунду.

Оговорки относительно заявленного превосходства

Заявленные 110 лет вычислений опираются на конкретный метод симуляции тензорными сетями и предполагают неограниченную память. Авторы признают, что улучшение алгоритмов и стратегии аппроксимации могут значительно сократить это время. История подтверждает такие риски: после эксперимента Google Sycamore в 2019 году (оценка 10 000 лет) китайские исследователи в 2021 году показали возможность симуляции за 304 секунды на суперкомпьютере Sunway.

На глубине в 36 циклов сохранившийся квантовый сигнал имел точность около 0,23 процента. Хотя этот показатель низок для обычной точности, он достаточен для детектирования идеального квантового паттерна, который классические машины не способны воспроизвести с той же вероятностной структурой. Эксперимент обозначил новую границу: задачи, кажущиеся недоступными для классических компьютеров, теперь решаются за секунды на общедоступном оборудовании.