Google отново на върха: квантовото превъзходство и бъдещето на изчисленията
Екип от учени, управителен от Гугъл, заяви за пробив в региона на квантовите калкулации. Те още веднъж демонстрираха квантовото предимство – способността на квантовия компютър да прави калкулации, които класическият компютър не може – само че този път се концентрираха върху точността на изчисленията. Учените демонстрираха също, че в изчислителните процеси има фазови преходи, което проправя пътя за по-нататъшно развиване на квантовите технологии.
Още през 2019 година Гугъл съобщи, че е постигнала квантово предимство, което провокира развълнуван спор в научната общественост. По това време IBM сложи под въпрос този резултат, потвърждавайки, че класическите логаритми могат да бъдат усъвършенствани за решение на аналогични задания. В нова публикация, оповестена в Nature, учените разказват опит, употребяващ инцидентна извадка (Random Circuit Sampling – RCS), по време на който 67-кубитова система прави 32 цикъла калкулации. Акцентът е подложен не върху квантовото предимство, а върху обстоятелството, че даже при съществуването на звук – главното ограничаване за квантовите процесори и основната причина за изчислителните неточности – е допустимо да се реализиран изчислителни триумфи, които надвишават опциите на класическите компютри. Това потвърждава, че квантовите калкулации навлизат във етапа на практическите приложения.
Терминът „ квантово предимство “ провокира известна дискусия в научната общественост. Някои откриватели избират да употребяват термините „ квантова полза “ (Quantum Utility) или „ квантово преимущество “ (Quantum Advantage). Последният термин допуска освен теоретично предимство на квантовите устройства, само че и тяхната практическа изгода. За разлика от квантовото предимство, което не е обвързвано с действителната полза за дилемите, квантовото преимущество допуска осъществяване на дилемите по-бързо и по-ефективно, в сравнение с при класическите компютри.
Квантовите процесори, макар своя капацитет, остават извънредно чувствителни към външните шумове, като температурни съмнения, магнитни полета и даже галактическа радиация. Тези разстройства могат доста да понижат точността на изчисленията. В изследването на Гугъл учените изследват въздействието на шума върху продуктивността на квантовите устройства и организират опит, при който се изследват два основни фазови прехода: динамичен преход, който зависи от броя на циклите, и квантов фазов преход, който въздейства върху % на грешките. Резултатите демонстрираха, че даже в условия на звук квантовите системи от ерата на NISQ могат да реализират изчислителна трудност, недостъпна за класическите системи.
Фазови преходи при RCS. Графиката илюстрира два фазови прехода. Първият е от съсредоточено систематизиране на битови низове за дребен брой цикли към необятно или антиконцентрирано систематизиране. Вторият е преход в шума, при който огромната неточност в цикъла води до преход от система с цялостна корелация към показване като няколко некорелирани подсистеми Методът на инцидентното избиране на вериги (RCS), употребен в опита, преди този момент бе подложен на критика поради неговата елементарност и явна безполезност. Гугъл обаче акцентира, че RCS е основен способ за решение на проблеми, които не могат да бъдат решени благодарение на класическите компютри. Този способ усъвършенства квантовите корелации, употребявайки интервенции като iSWAP, което не разрешава опростяване на класическите емулации. С този метод Гугъл съумява ясно да маркира границите на опциите на квантовите системи, което подхранва конкуренцията сред платформите за квантови и типичен калкулации.
В изследването се преглеждат и вероятностите за практическо потребление на квантовите процесори. Един от първите образци може да бъде сертифицираното генериране на същински инцидентни цифри, което изисква висока изчислителна трудност и резистентност на звук. Серджо Бойшо, началник на квантовите проучвания в Гугъл, съобщи в изявление за Nature:
„ Ако квантовите устройства не могат да показват преимущество при RCS, най-простия от случаите на потребление, надали ще могат да го създадат и при каквито и да било други задания. “
Работата на Гугъл съставлява забележителен принос в развиването на квантовите технологии. Въпреки че практическото приложение на квантовите устройства остава предизвикателство, области като сертифицираното генериране на инцидентни цифри могат да бъдат първата стъпка към тяхната комерсиална приложимост. Въпреки провокациите, свързани с шума, опитите на Гугъл демонстрират, че преходът от теоретични проучвания към на практика приложения на квантовите устройства става все по-възможен.
