Фото Гугл
23 октября 2019 года в журнальчике Nature вышла статья о том, что Гугл достигнул «квантового приемущества» — решил за 200 секунд задачку, на решение которой типо «самому современному супер-компьютеру будет нужно 10 000 лет». Вправду ли произошел исторический прорыв в квантовых вычислениях, либо гласить о этом пока заблаговременно?
Статья, вышедшая в среду в Nature — уже 2-ая попытка Гугл возвестить на весь мир о технологической победе. 1-ый раз информация о том, что Гугл сделал прорыв в квантовых вычислениях, возникла в сентябре 2019 года на веб-сайте NASA, но была стремительно удалена. Но публикацию увидели, и она стремительно разошлась по спецам, так что у ученых было много времени, чтоб разобраться, что все-таки сделал Гугл, и приготовить ответ. Потому на веб-сайте IBM еще 21 октября (на два денька ранее официальной публикации) уже был детализированный анализ и другие вычисления, опровергающие аргументы Гугл.
О чем поспорили Гугл и IBM
«Квантовое приемущество» (quantum supremacy), о котором говорится в заголовке статьи в Nature — не художественный эпитет, наподобие «технологического прорыва» либо «исторического свершения», а серьезный научный термин. Его в 2012 году ввел в воззвание один из больших авторитетов в области квантовых вычислений, ученик Ричарда Фейнмана, доктор Калифорнийского технологический института Джон Прескилл. Ах так сам Прескилл разъясняет значение термина: квантовое приемущество — это «момент, когда квантовые компы могут созодать вещи, которые не могут созодать традиционные компы, независимо от того, полезные это вещи либо нет». Иными словами, чтоб обосновать «приемущество», исследователь должен предложить задачку — сколь угодно искусственную, абстрактную и оторванную от практики — которую квантовый комп решит резвее, чем самый резвый сейчас традиционный традиционный комп.
IBM занял в этом споре с Гугл позицию скептика конкретно поэтому, что самый резвый суперкомпьютер на сей день — IBM Summit. Скорость его вычислений составляет 200 петафлопс, емкость дискового места 250 петабайт. Наиболее сильной системы на Земле просто нет. Потому хоть какой разраб квантового компа, преднамеренный обосновать «квантовое приемущество», должен ориентироваться конкретно на этот предел.
Это совсем не означает, что IBM скептически относится к перспективам квантовых компов — напротив, компания интенсивно инвестирует в квантовые вычисления. К примеру, в январе 2019 года компания объявила о выпуске на рынок первого «на сто процентов интегрированного всепригодного квантового компа». Таковым образом, существует как минимум две предпосылки, почему IBM не могла не принять заявление Гугл на собственный счет и первой откликнулась на новость.
В собственном блоге компания указала, что в расчетах Гугл есть ошибка: Summit посчитает ту же задачку за еще наиболее маленький срок — не за 10 000 лет, а всего 2,5 денька, и к тому же с еще большей надежностью. Все, что для этого необходимо — прирастить емкость дискового хранилища.
Почему размер памяти — один из главных характеристик в этом сопоставлении? Расчет Гугл основан на том, что традиционный комп будет просто делать поочередно те же процедуры, что и квантовый, и на это ему вправду пригодились бы почти все тыщи лет. Но программеру традиционного компа ничто не мешает выстроить вычисление по-другому, сохраняя в памяти компа все состояние квантовой системы. Чем больше памяти употребляется, тем меньше промежных вычислений нужно выполнить. При довольно большенном объеме памяти можно сохранить состояние всей квантовой системы за один раз. Конкретно в этом предпосылки расхождений в расчетах: по воззрению IBM, если подходящим образом прирастить память традиционного компа, он выполнит предложенную задачку в полтора миллиона раз резвее, чем это следует из расчета Гугл.
На сколько требуется для этого прирастить память IBM Summit? Этого IBM не указал. Наиболее того, чуть ли IBM сумеет организовать практическую демонстрацию скорости решения данной нам задачки: любой час суперкомпьютера Summit расписан навечно вперед, и у него не предвидится бесплатной работы. Потому придется поверить Голубому Гиганту на слово: Гугл вправду ошибся. Но так ли критична эта ошибка?
Было ли приемущество?
Не глядя на ошибку, на сей день можно сказать, что Гугл вправду достигнул квантового приемущества в серьезном смысле этого термина: программеры предложили задачку, — пусть не имеющую практического смысла и носящую только демо нрав, — которая не могла быть решена за применимое время на имеющихся компьютерных системах.
Нужно осознавать, что это приемущество временное: IBM, естественно же, смогла бы прирастить емкость памяти Summit, чтоб посчитать задачку за два денька. Нет колебаний, что традиционные системы будут совершенствоваться далее, и последующий суперкомпьютер будет еще сильнее, с еще огромным объемом памяти.
Но таковая гонка не может длиться нескончаемо: для того, чтоб суперкомпьютер мог продолжать соревноваться с квантовыми системами, емкость его памяти обязана умножаться любой раз, когда к квантовой системе добавляется хотя бы один кубит. На сей день квантовые системы Гугл и IBM содержат 53 кубита, и это рекорд для «всепригодных» систем, другими словами квантовых компов, способных решать всякую задачку. Следует различать их от «квантовых симуляторов», каковыми являются имеющиеся на рынке системы на базе квантового отжига с 2000 кубитов, — к примеру, производства компании D-Wave. При всем этом системы D-Wave не всепригодны: они могут решать лишь один класс задач — поиска минимума данной функции.
На реальный момент традиционному суперкомпьютеру, оспаривающему «квантовое приемущество», приходится соревноваться конкретно с 53-кубитными квантовыми системами. Но добавление всякого новейшего кубита равносильно удвоению памяти традиционного компа, и разумеется, что финал данной нам гонки предрешен. Вот вам наглядный пример, который приводит один из ведущих профессионалов в области квантовых компов Скотт Ааронсон: «Summit занимает площадь, равную размеру 2-ух баскетбольных полей…. К тому времени, когда покажутся квантовые компы на 70 кубитов, суперкомпьютер должен быть размером с город».
Для чего биться за приемущество?
Если направить внимание на вторую часть формулировки Прескилла, то можно осознать, почему практического смысла от заслуги «квантового приемущества» пока мало. В наиблежайшее время все звучные победы будут достигаться на весьма абстрактных задачках, не применимых в настоящем мире. Наиболее того, IBM заявляет, что совершенно не направляет внимание на таковой параметр, как «квантовое приемущество», и призывает общественность следовать этому подходу.
Принципиально держать в голове, что квантовые системы на сей день решают задачки, у каких даже корректно посчитанные результаты нередко трудно интерпретировать. Пройдет еще много времени, до этого чем инженеры и арифметики научатся использовать даже обыкновенные квантовые системы для решения настоящих задач. Традиционная задачка будущих квантовых вычислений — взлом современных систем шифрования при помощи так именуемого «метода Шора» — просит микропроцессора из сотен кубитов, и возникновение схожих систем пока нереально предсказывать.
Но это не означает, что работа Гугл была никчемна. Присутствие одной из самых массивных ИТ-компаний мира на этом рынке, высочайшая конкурентность со стороны IBM, Microsoft, также остальных компаний дозволяет ждать существенных прорывов в наиблежайшее время.
Сначала огромные надежды на сей день возлагаются на одно из главных направлений — сохранение когерентности кубитов. Значимый прирост этого параметра дозволит прирастить число кубитов в системах, что даст прирост в скорости. Уже при 60 кубитах вычислительная мощность будет сравнима с 30 3-мя системами Summit. А новейшие заслуги математиков и инженеров дозволят использовать квантовые системы в решении настоящих задач. По другому для чего лишь в 2017 и 2018 годах промышленность квантовых компов получила $450 млн баксов инвестиций?
редакция советует
Просто о сложном: для чего нужен квантовый комп?
IBM против D-Wave: наступила ли эпоха квантовых компов
«1-ый полет в космос» для сферы IT: что такое «квантовое приемущество», о котором объявил Гугл
Источник
