Квантовый процессор Nighthawk r2, разработанный IBM, смог выполнить вычислительную задачу всего за 19 секунд. Исследователи предполагают, что та же операция потребовала бы примерно 110 лет, если бы она выполнялась на традиционном суперкомпьютере.
Этот эксперимент был проведен с использованием облачной платформы квантовых вычислений, предлагаемой компанией. Тест использовал методологию, известную как случайная выборка схем (RCS) — технику, предназначенную для проверки потенциальных преимуществ квантовых компьютеров по сравнению с обычными машинами. Важно отметить, что это исследование еще ожидает рецензирования и доступно на arXiv.
Nighthawk r2 оснащен 120 кубитами, которые служат основной информационной единицей в квантовых системах, аналогично битам в обычных машинах. Для этого испытания ученые выбрали 61 из этих кубита и выполнили случайные схемы с прогрессирующей сложностью, достигнув до 40 циклов операций.
Наиболее заметная производительность была зафиксирована при 36 циклах. В этой конкретной конфигурации схема использовала 918 двухкубитных вентилей — операции, ответственные за изменение и комбинирование состояний этих квантовых единиц. Именно в этом сценарии процессор сгенерировал миллион выборок всего за 19 секунд.
Важным аспектом теста является его проведение. Команда решила не использовать экспериментальное оборудование, специально откалиброванное для исследования, а вместо этого прибегла к стандартному рабочему процессу облачной платформы квантовых вычислений IBM. Такой подход упрощает процесс воспроизведения эксперимента, поскольку исследователи предоставили коды, выборки и схемы, использованные в анализе, другим пользователям для проверки результатов.
Сравнение с суперкомпьютерами проводилось не путем прямого выполнения той же программы на классической машине, так как это было бы нереализуемо. Вместо этого команда применила метод, называемый контракцией тензорных сетей, который используется для расчета объема работы, который пришлось бы затратить традиционному компьютеру для воспроизведения поведения квантового процессора.
Детали расчета сравнения
Расчет показал, что генерация миллиона выборок потребовала бы около 1,2 × 10²⁷ вычислительных операций, что является чрезвычайно большим количеством отдельных вычислений. Основываясь на более осторожной оценке устойчивой производительности Frontier, исследователи пришли к прогнозу обработки примерно в течение 110 лет.
Однако эту разницу следует анализировать с осторожностью. Результат зависит от выбранного метода симуляции и не устанавливает абсолютного предела для возможностей классических вычислений. Сами исследователи признают, что более оптимизированные алгоритмы могли бы уменьшить необходимую рабочую нагрузку для воспроизведения эксперимента. Таким образом, вывод исследования заключается не в том, что классические компьютеры никогда не догонят Nighthawk r2, а в том, что в этом конкретном тесте производительности квантовый процессор продемонстрировал значительное преимущество.
Кроме того, демонстрация выделяется тем, что она была проведена на коммерчески доступном оборудовании, а не на аппаратуре, разработанной исключительно для лабораторных условий. Чтобы гарантировать возможность аудита и повторения работы, авторы предоставили необходимые детали. Тем не менее, работа все еще должна пройти проверку экспертами, что означает, что до тех пор этот результат представляет собой доказательство квантового преимущества на коммерческом оборудовании, но его выводы остаются открытыми для оценки научного сообщества.