Nauji etaloniniai kvantiniai kompiuteriai turi įveikti, kad pasiektų kvantinį pranašumą

IBM tyrimai; OLCF prie ORNL | FLickr

Du kartus per metus TOP500 projektas skelbia galingiausių pasaulio kompiuterių reitingą. Sąrašas nekantriai laukiamas ir labai įtakingas. Pasaulinės supervalstybės konkuruoja dėl dominavimo reitinguose, o rašymo metu Kinija yra didžiausia – sąraše yra 229 įrenginiai.

JAV turi tik 121, tačiau tai apima ir galingiausią pasaulyje: „Summit“ superkompiuterį Oak Ridge nacionalinėje laboratorijoje Tenesyje, kurio laikrodžio greitis siekė 143 petaflopus (143 tūkst. milijonų milijonų slankiojo kablelio operacijų per sekundę).

Reitingą nustato lyginamosios analizės programa, vadinama Linpack, kuri yra Fortran paprogramių rinkinys, sprendžiantis daugybę tiesinių lygčių. Laikas, per kurį reikia išspręsti lygtis, yra kompiuterio greičio matas.

Susijusi istorija

Skaitykite daugiau apie šią temą

Kaip tai veikia, kodėl jis toks galingas ir kur pirmiausia jis gali būti naudingiausias

Dėl tokio etalono pasirinkimo ginčų netrūksta. Kompiuterių architektūros paprastai yra optimizuotos konkrečioms problemoms spręsti, ir daugelis jų labai skiriasi nuo Linpack iššūkio. Pavyzdžiui, kvantiniai kompiuteriai visiškai netinkami tokioms problemoms spręsti.

Ir tai kelia svarbų klausimą. Kvantiniai kompiuteriai yra ant slenksčio, viršijantys galingiausius superkompiuterius, kai susiduriama su tam tikromis problemomis, tačiau kiek jie yra galingi? Kyla klausimas, kaip įvertinti jų našumą ir palyginti jį su klasikinių kompiuterių našumu.

Šiandien mes gauname atsakymą dėl Benjamino Villalongos darbo Kvantinio dirbtinio intelekto laboratorijoje NASA Ames tyrimų centre Mountain View mieste, Kalifornijoje, ir kolegų grupės, kuri sukūrė lyginamąjį testą, kuris veikia tiek klasikiniuose, tiek kvantiniuose įrenginiuose. Tokiu būdu galima palyginti jų veiklą.

Be to, komanda pasinaudojo nauju testu, kad „Summit“ – galingiausio pasaulyje superkompiuterio – įveiktų 281 petaflopą. Rezultatas yra etalonas, kurį turi įveikti kvantiniai kompiuteriai, kad pagaliau nustatytų savo viršenybę reitinge.

Rasti gerą kvantinio skaičiavimo galios matą nėra lengva užduotis. Pirmiausia kompiuterių mokslininkai jau seniai žinojo, kad kvantiniai kompiuteriai gali pranokti savo klasikinius analogus atlikdami tik ribotą skaičių labai specializuotų užduočių. Ir net tada joks kvantinis kompiuteris šiuo metu nėra pakankamai galingas, kad kurį nors iš jų atliktų ypač gerai, nes, pavyzdžiui, jie nepajėgūs ištaisyti klaidų.

Taigi Villalonga ir bendradarbiai ieškojo daug fundamentalesnio kvantinio skaičiavimo galios testo, kuris vienodai gerai veiktų ir šiandienos primityviems įrenginiams, ir rytojaus pažangesnėms kvantinėms mašinoms, taip pat galėtų būti imituojamas klasikinėse mašinose.

Jų pasirinkta problema yra imituoti kvantinio chaoso evoliuciją naudojant atsitiktines kvantines grandines. Paprasti kvantiniai kompiuteriai gali tai padaryti, nes procesas nereikalauja galingo klaidų taisymo ir gana nesudėtinga išfiltruoti rezultatus, kuriuos užvaldo triukšmas.

Klasikinėms mašinoms taip pat paprasta imituoti kvantinį chaosą. Tačiau tam reikalinga klasikinė skaičiavimo galia eksponentiškai didėja didėjant kubitų skaičiui.

Prieš dvejus metus fizikai nustatė, kad kvantiniai kompiuteriai, turintys mažiausiai 50 kubitų, tuo metu turėtų pasiekti kvantinį pranašumą prieš klasikinį superkompiuterį.

Tačiau vartų stulpai nuolat juda, nes superkompiuteriai atnaujinami. Pavyzdžiui, „Summit“ dabar gali pasiekti žymiai daugiau petaflopų nei paskutiniame reitinge lapkritį, kai svarstyklės nusviro ties 143 petaflopais. Iš tiesų, Oak Ridge National Labs šią savaitę pristatė planus iki 2021 m. sukurti 1,5 eksaflopo aparatą. Taigi galimybė nuolat lyginti šias mašinas su naujais kvantiniais kompiuteriais tampa vis svarbiau.

NASA ir Google mokslininkai sukūrė algoritmą, pavadintą qFlex, kuris klasikinėje mašinoje imituoja atsitiktines kvantines grandines. Praėjusiais metais jie parodė, kad „qFlex“ gali imituoti ir palyginti „Google“ kvantinio kompiuterio „Bristlecone“, kuris turi 72 kubitus, našumą. Tam jie panaudojo NASA Ames superkompiuterį, turintį 20 petaflopų skaičių.

Dabar jie parodė, kad „Summit“ superkompiuteris gali imituoti daug didesnio kvantinio įrenginio veikimą. Summit metu mums pavyko pasiekti tvarų 281 Pflop/s (vieno tikslumo) našumą visame superkompiuteryje, imituojant 49 ir ​​121 kubito grandines, sako jie.

Šis 121 kubitas viršija bet kurio esamo kvantinio kompiuterio galimybes. Taigi klasikiniai kompiuteriai reitinge išlieka plauku priekyje.

Tačiau tai yra lenktynės, kurias jiems lemta pralaimėti. Jau ruošiamasi per ateinančius kelerius metus sukurti kvantinius kompiuterius su 100 ir daugiau kubitų. O spartėjant kvantinėms galimybėms, iššūkis sukurti vis galingesnes klasikines mašinas jau susiduria su buferiais.

Naujoms mašinoms ribojantis veiksnys yra nebe aparatinė įranga, o turima galia, leidžianti joms ūžti. „Summit“ mašinai jau reikia 14 megavatų maitinimo. To pakanka, kad apšviestų visą vidutinio dydžio miestą. Norint padidinti tokią sistemą 10 kartų, reikėtų 140 MW galios, o tai būtų pernelyg brangu, sako Villalonga ir kt.

Priešingai, kvantiniai kompiuteriai yra taupūs. Pagrindinis jų energijos poreikis yra superlaidžių komponentų aušinimas. Taigi 72 kubitų kompiuteriui, pavyzdžiui, Google Bristlecone, reikia apie 14 kW. Net didėjant kubitų sistemoms, mažai tikėtina, kad ši suma žymiai padidės, sako Villalonga ir kt.

Taigi efektyvumo reitinguose kvantiniams kompiuteriams lemta anksčiau nei vėliau nuvalyti grindis su savo klasikiniais kolegomis.

Vienaip ar kitaip, ateina kvantinė viršenybė. Jei šis darbas yra kuo nors vertas, greičiausiai tai bus qFlex etalonas.

Nuoroda: arxiv.org/abs/1905.00444 : Kvantinės viršenybės ribos nustatymas naudojant 281 Pflop/s modeliavimą

paslėpti