یک پردازنده کوانتومی ۱۲۰ کیوبیتی شرکت IBM توانست در تنها ۱۹ ثانیه یک میلیون نمونه از یک محاسبه پیچیده کوانتومی تولید کند؛ در حالی که پژوهشگران برآورد کردهاند شبیهسازی همین محاسبه با روش مورد استفاده آنها روی یک ابررایانه قدرتمند حدود ۱۱۰ سال زمان میبرد.
به گزارش سیناپرس،رایانش کوانتومی سالهاست با این پرسش روبهروست که آیا میتواند در برخی مسائل مشخص، از قدرتمندترین رایانههای کلاسیک پیشی بگیرد. اکنون یک آزمایش جدید با پردازنده Nighthawk r2 شرکت IBM، شواهد تازهای در این زمینه ارائه کرده است؛ آزمایشی که برخلاف برخی نمونههای قبلی، روی یک پردازنده آزمایشگاهی اختصاصی انجام نشده و از طریق زیرساخت ابری در دسترس کاربران قرار دارد.
پژوهشگران در این آزمایش از ۶۱ کیوبیت پردازنده Nighthawk r2 استفاده کردند و مجموعهای از مدارهای کوانتومی تصادفی را با پیچیدگی فزاینده روی آنها اجرا کردند. این مدارها تا ۴۰ چرخه پیش رفتند؛ هر چرخه شامل مجموعهای از عملیات است که کیوبیتها را دستکاری و میان آنها درهمتنیدگی ایجاد میکند.
بهترین نقطه عملکرد در آزمایش، در ۳۶ چرخه به دست آمد؛ جایی که مدار شامل ۹۱۸ گیت دوتایی بود. پردازنده در این شرایط توانست یک میلیون نمونه از خروجی محاسبه را تنها در ۱۹ ثانیه تولید کند.
اما بخش دشوارتر، مقایسه این عملکرد با رایانههای معمولی است. مسئله مورد بررسی از نوعی به نام نمونهبرداری از مدار تصادفی یا RCS بود؛ محاسبهای که با افزایش تعداد کیوبیتها و عملیات، شبیهسازی آن روی رایانههای کلاسیک بسیار پیچیده میشود.
در این روش، عملیات مدار کوانتومی تا حد زیادی بهصورت تصادفی انتخاب میشوند و وضعیت پیچیدهای کوانتومی ایجاد میکنند. سپس پردازنده بارها وضعیت ایجادشده را اندازهگیری میکند و رشتههایی از صفر و یک به دست میآورد. بازتولید آماری همین خروجیها روی رایانه کلاسیک به محاسبات بسیار بیشتری نیاز دارد.
از آنجا که اجرای مستقیم چنین آزمایشی روی ابررایانهای مانند Frontier به دلیل هزینه محاسباتی بسیار بالا عملی نیست، پژوهشگران از روشی به نام انقباض شبکه تانسوری برای برآورد حجم محاسبات مورد نیاز استفاده کردند.
بر اساس این محاسبه، بازتولید یک میلیون نمونه تولیدشده توسط Nighthawk r2 به حدود ۱.۲ × ۱۰²⁷ عملیات محاسباتی نیاز دارد. پژوهشگران با استفاده از برآوردی محافظهکارانه از عملکرد پایدار ابررایانه Frontier، محاسبه کردند که انجام این کار با آن سامانه حدود ۱۱۰ سال زمان میبرد.
البته این عدد به معنای آن نیست که یک ابررایانه کلاسیک در همه شرایط دقیقاً به ۱۱۰ سال زمان نیاز دارد. این برآورد بر اساس یک روش مشخص برای شبیهسازی مدار کوانتومی انجام شده و الگوریتمهای کارآمدتر میتوانند در آینده حجم محاسبات مورد نیاز را کاهش دهند.
این نکته اهمیت ویژهای دارد، زیرا در سالهای گذشته نیز پژوهشگران رایانش کلاسیک توانستهاند با پیدا کردن روشهای جدید، برخی محاسباتی را که ابتدا خارج از توان رایانههای کلاسیک تصور میشدند، با سرعت بیشتری شبیهسازی کنند.
از سوی دیگر، تفاوت مهم آزمایش جدید این است که پژوهشگران از یک پردازنده کوانتومی تجاری و از روند استاندارد اجرای ابری IBM استفاده کردند و برای این آزمایش کالیبراسیون اختصاصی انجام ندادند. آنها همچنین مدارها، نمونههای تولیدشده و کدهای تحلیل را منتشر کردهاند تا دیگر پژوهشگران بتوانند نتیجه را بررسی و آزمایش کنند.
با وجود این، یافتهها هنوز داوری همتا به همتا نشدهاند و مقاله در قالب یک پیشچاپ منتشر شده است. بنابراین، نتیجه فعلی را باید یک نمایش تجربی از برتری کوانتومی در یک آزمون مشخص دانست، نه اثبات اینکه رایانههای کوانتومی بهطور کلی از ابررایانههای کلاسیک سریعتر شدهاند.
این آزمایش نشان میدهد رقابت میان رایانش کوانتومی و کلاسیک همچنان ادامه دارد؛ رقابتی که با بهبود الگوریتمهای کلاسیک از یک سو و افزایش توان پردازندههای کوانتومی از سوی دیگر، مرزهای محاسبات پیچیده را جابهجا میکند.
مترجم:سروش ساده