Devyniolika sekundžių. Tiek užtruko, kol IBM Nighthawk r2 kvantinis procesorius sugeneravo milijoną matavimų pavyzdžių, kuriems, mokslininkų vertinimu, aukštos klasės superkompiuteriui prireiktų maždaug šimto metų. Trumpa. Stulbina. Sunku pamiršti.
Eksperimentas skamba kaip technologinis trileris: mokslininkai panaudojo komerciškai prieinamą 120 kubitų superlaidų procesorių, pasiekiamą per IBM debesį, parinko 61 kubitą ir vykdė vis sudėtingesnes atsitiktines grandines, kol atrado tinkamą tašką. Esant 36 ciklams (tai apie 918 dviejų kubitų vartų), sistema sugeneravo milijoną mėginių vos per 19 sekundžių. Nėra jokių specialių laboratorinių triukų. Nėra jokios individualios kalibracijos. Tik viešasis debesies sluoksnis ir pakartojamos grandinės.
Kodėl tai svarbu? Nes tai dar vienas etapas konkurse, vadinamame kvantiniu pranašumu, t. y. teiginys, kad egzistuoja užduotis, kurią klasikinės mašinos negali atlikti per priimtiną laiką ar su prieinamais ištekliais. Atsitiktinių grandinių mėginių ėmimas, panaudotas šiame eksperimente, ilgą laiką buvo mėgstamas testas, nes didinant kubitų ir vartų skaičių, tikimybinis pasiskirstymas tampa neįtikėtinai sudėtingas. Iš kvantinio įrenginio mėginius galima gauti greitai. Deterministiškai atkurti juos klasikiniu superkompiuteriu iš principo tampa neįmanoma.
Bet teorija ir praktika skiriasi. Po to, kai 2019 m. Google pranešė panašų teiginį, klasikinių skaičiavimų komandos atrado gudrias simuliacijos technikas, kurios ribą pastūmėjo atgal. Istorija rodo, kad tai idėjų ginklavimosi varžybos, o ne vien išdidūs pareiškimai. Dabartiniame darbe autoriai panaudojo tenzorinių tinklų susitraukimo metodus, kad įvertintų, kiek kainuotų klasikinei mašinai atkurti tuos milijoną mėginių. Jų geriausias įvertinimas: apie 1,2 × 10^27 skaičiavimų operacijų. Paversdami tai realiu laiku, remiantis konservatyviu Frontier sistemos (anksčiau buvusios pasaulio reitingo viršuje) nuolatiniu našumo matu, gauna maždaug 110 metų.
Skaičiai kaip 10^27 ir daugelio dešimtmečių trukmės estimatai lieka abstraktūs, kol jų neįdėsi į kontekstą. Tai nėra pareiškimas, kad klasikiniai kompiuteriai amžiams pasmerkti. Tai empirinė atskaita, pagrįsta konkrečia simuliacijos strategija. Istorija keletą kartų parodė, kad klasikų tyrėjai randa išradingų sprendimų, t. y. algoritminių triukų, kurie dramatiškai sumažina reikiamus išteklius. IBM bandymą vykdžiusi komanda tai viešai pripažįsta: jie meta iššūkį bendruomenei, o ne teikia galutinį nuosprendį.
Kas perkelia šį rezultatą nuo smalsumo prie reikšmės, tai jo prieinamumas. Ankstesni kvantinio pranašumo demonstravimai dažniausiai rėmėsi specializuota laboratorine įranga. Šį kartą eksperimentas vyko viešai prieinamo kvantinio procesoriaus per debesies sąsają, naudojant platformos standartinį vykdymo srautą. Grandinės, mėginiai ir analizės kodas buvo paskelbti, todėl bet kas gali pabandyti atkartoti ar paneigti šį radinį.
Techniniu požiūriu, eksperimentas naudojo atsitiktinių grandinių mėginių ėmimą (RCS), kai kubitų operacijos daugiausia pasirenkamos atsitiktinai, sukuriant susietą kvantinę būseną, kurią vėliau nuolat matuojama. Mėginių generavimas kvantiniame įrenginyje yra tiesmukas procesas. Simuliuoti tą patį pasiskirstymą klasikiniais metodais tampa Sisifo užduotimi, kai grandinės gylis ir plotis išauga. Tenzoriniai tinklai leidžia tyrėjams įvertinti klasikinę kainą, suskaidant skaičiavimą į mažesnių tenzorų tinklą ir sutraukiant juos tam tikra tvarka, kuri minimalizuoja laikiną duomenų augimą. Problema ta, kad optimalaus susitraukimo kelio radimas pats yra sudėtinga optimizavimo problema, ir skirtingos klasikinės strategijos duoda labai skirtingus kaštų įverčius.
Komanda pasirinko pragmatišką kelią: dirbti ant standartinės debesijos aparatūros, vengti egzotiškų sureguliavimų, dokumentuoti viską ir pristatyti atkuriamą etaloną. Toks požiūris yra svarbus, nes kviečia patikrinimus. Jis taip pat pakeičia konkurencijos prasmę: tai ne vien greičiausia pavienė demonstracija, bet ir tai, ką galima pasiekti ant aparatūros, prieinamos paprastiems tyrėjams. Jei teiginys apie pranašumą reikalauja specialios magijos, jis lieka akademinis. Jei bet kas su paskyra gali paleisti tą patį darbą ir gauti tą patį rezultatą, teiginys įgauna praktinį svorį.
Yra ir kitų subtilybių. Grandinės gylis, kubitų jungiamumas, vartų tikslumas ir triukšmas visi formuoja tiek kvantinės eigos, tiek bet kokios klasikinės simuliacijos sudėtingumą. Komanda rado aukso vidurį: pakankamai gilią, kad būtų sunku klasikiniais metodais simuliuoti, bet ne tiek gilią, kad triukšmas sunaikintų signalą. Toks balansas yra dalis meno, dalis griežtos inžinerijos.
Tai kur mes dabar esame? Su atvira kvietimu. Tyrėjai paskelbė preprintą ir pasidalino duomenimis. Klasikinės komandos analizuos tenzorinio susitraukimo metodus ir greičiausiai ras efektyvesnių sprendimų, kurie sumažins skirtumą. Kvantinės komandos gerins įrenginių kokybę, mastą ir naujas klaidų mažinimo technikas. Progresas ateis iš abiejų pusių.
Šis rezultatas neskelbia galutinio nugalėtojo; jis žymi kitą raundą gyvybingose varžybose, kurios išgrynins tiek kvantinius įrenginius, tiek klasikinius algoritmus.
Iššūkis mesti viešajame debesyje. Kas jį priims ir kaip greitai tai padarys, pasakys apie skaičiavimo ateitį daugiau negu bet koks vienas etalonas.
Palikti komentarą
Komentarai
Komentarų dar nėra. Būkite pirmas.