IBM раскритиковала квантовое превосходство Google

Сотрудники отдела квантовых вычислений компании IBM подвергли критике заявление Google о достижении квантового превосходства их устройством. В случайно ставшей доступной публике статье утверждалось, что ученым удалось при помощи 53-кубитного компьютера провести за 200 секунд вычисления, для которых потребуется 10000 лет работы классического компьютера. Однако в IBM считают, что обычный вычислитель справится с этой задачей за 2,5 дня в худшем случае, причем полученный ответ будет точнее, чем у квантового компьютера, говорится в блоге на сайте компании, подробности содержатся в препринте на сервере arXiv.org.

Месяц назад на сервере NASA оказался доступен препринт с результатами работы сотрудников ведомства и компании Google. В этом тексте говорилось о тестировании возможностей квантового компьютера Sycamore с 53 кубитами. По заявлениям авторов статьи, им удалось с использованием этого устройства достичь квантового превосходства, то есть решить за разумное время на квантовом компьютере задачу, поиск ответа на которую даже у самого мощного классического вычислителя займет несравнимо больше.

В качестве теста производительности группа Джона Мартиниса (John Martinis), руководителя направления квантовых вычислений в Google и профессора Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, выбрала весьма специальную задачу. Она состояла из выполнения известной случайной последовательности команд, считывания финального состояния кубитов в виде строки из 53 чисел по количеству элементов и повторения этой операции миллионы раз. Затем статистику получившегося распределения ответов сравнивают с ожидаемой, так как для известной последовательности инструкций ее можно вычислить.

Эта задача обладает весьма ограниченным потенциалом в плане практических приложений, но автор термина «квантовое превосходство» Джон Прескилл и не делал различия между полезными в реальности и сугубо техническими вычислениями. По-видимому, в Google специально выбирали относительно простую для квантового, но сложную для классического компьютера задачу.

В статье Мартиниса и соавторов утверждалось, что им удалось за 200 секунд достичь такого уровня совпадения квантовых состояний (fidelity), на получение которого у мощнейшего современного классического компьютера Summit уйдет около 10000 лет работы. Естественно, никто такой проверки не проводил, это число является результатом теоретической оценки сложности задачи, которая опирается на предположение о невозможности удержания в оперативной памяти суперкомпьютера всей нужной для каждого этапа вычислений информации, из-за чего неминуемым становится использование алгоритмов, экономящих память в ущерб времени работы.

В тексте трех сотрудников компании IBM, которая также активно занимается разработками в области квантовых вычислений, оспаривается утверждение о неподъемной сложности подобных вычислений для классического суперкомпьютера. Авторы утверждают, что современный классический вычислитель сможет за 2,5 дня достичь гораздо большего fidelity, причем это консервативная оценка, то есть дополнительные средства должны еще больше сократить требуемое время.

К такому выводу сотрудники IBM пришли, включив в теоретический анализ несколько способов оптимизации. Основной из них заключался в том, что необходимую для текущих вычислений информацию классический компьютер будет хранить не только в оперативной памяти, но и на жестких дисках. Необходимо отметить, что данная оценка также является теоретической и в IBM лишь моделировали процесс, а не проводили необходимые вычисления в полном объеме.

В заключении авторы пишут, что результаты Google хоть и представляют безусловный интерес, но не могут считаться доказательством превосходства квантовых компьютеров над классическими. Также они обращают особое внимание на способность термина квантовое превосходство запутать любого человека, не специализирующегося на исследованиях в данной области, так как лишь рассмотрение вопроса в нужном контексте позволяет сделать правильные выводы.

Недавно физики смогли смоделировать квантовый фазовый переход на квантовом компьютере и измерили ошибку кубита с точностью в одну миллионную. Подробно о практически ценных результатах, которые ученые ждут от квантовых компьютеров, мы писали в материале «Мир из кубитов».