Квантовый компьютер IBM решил за 19 секунд задачу, на которую суперкомпьютеру потребовалось бы 110 лет

Новый квантовый процессор компании IBM под названием Nighthawk r2 сгенерировал один миллион выборок за 19 секунд в задаче случайного сэмплирования схем — на выполнение аналогичной задачи классическому суперкомпьютеру потребовалось бы порядка 110 лет. Эксперимент провели специалисты компании BlueQubit совместно с физиками из Федеральной политехнической школы Лозанны, согласно опубликованной статье на платформе arXiv.

В рамках исследования применялся бенчмарк случайного семплирования квантовых схем (Random Circuit Sampling, RCS). В этой процедуре массив кубитов переводится в запутанное состояние последовательностью случайных двухкубитных вентилей, после чего фиксируются выходные битовые строки. Тест RCS используется для экспериментальной фиксации квантового преимущества — режима, при котором квантовое устройство производит расчеты, недостижимые за практически приемлемое время для традиционных кремниевых архитектур.

Для проведения эксперимента авторы задействовали 61 кубит и 36 циклов глубины схем. Согласно расчетам физиков, моделирование такого процесса методом сжатия тензорных сетей на суперкомпьютере Frontier потребовало бы выполнить 1,2x10²⁷ операций. На традиционных вычислительных мощностях моделирование заняло бы более ста лет. На процессоре Nighthawk r2 процедура заняла 19 секунд. Точность квантовых состояний была подтверждена двумя независимыми методами верификации: зеркальным бенчмаркингом и оценкой кросс-энтропии (XEB).

Процессор Nighthawk r2, доступный в облачном сервисе IBM под обозначением ibm_phoenix, имеет квадратную топологию и содержит 120 физических кубитов. Сокращение времени вычислений обусловлено внедрением механизма активного диссипативного сброса состояний: время релаксации кубитов снизилось с 200 микросекунд до 25 наносекунд, а межимпульсный простой сократился до 1 микросекунды. Это позволило довести темп выполнения до 100 000 квантовых схем в секунду, что в 25 раз быстрее чипов предыдущей серии Heron.

Эксперимент был реализован через стандартный облачный интерфейс Qiskit без предварительной закрытой калибровки оборудования. Авторы работы отмечают, что тест RCS относится к синтетическим бенчмаркам, а алгоритмы классического моделирования распределений продолжают совершенствоваться.

Источник: arxiv.org