19 SANİYEYE KARŞI BİR ASIRLIK SÜPER BİLGİSAYAR HESABI

Kuantum üstünlüğü, bir kuantum bilgisayarın hiçbir klasik süper bilgisayarın makul bir sürede bitiremeyeceği bir görevi yapabildiğini göstermek demektir. Standart test rastgele devre örneklemesidir: düzinelerce kübite rastgele seçilmiş kuantum kapılarından oluşan bir dizi uygulanır, ardından kübitler ölçülür. Sonuç, klasik bilgisayarların yeniden üretmekte son derece zorlandığı bir olasılık dağılımından çekilmiş 0 ve 1 dizilerinden oluşan bir akıştır.

Önemli bir nokta: bu görevin pratik bir faydası yoktur. Bir kıyaslama testidir — ham hesaplama gücü için bir kronometre.

İki taraflı bir yarış

Yarışı 53 kübitle Sycamore işlemcisi başlattı; ardından Zuchongzhi 2.0 ve 2.1, 67 kübitlik Sycamore ve 83 etkin kübitli Zuchongzhi 3.0 geldi. Öbür tarafta klasik algoritmalar gelişmeye devam etti ve bu deneyleri yeniden üretmenin maliyetini büyüklük mertebeleriyle düşürdü. Bu yüzden her iddia, tam olarak hangi klasik görevle karşılaştırıldığını belirtmek zorunda.

Şimdiye kadar tüm bu gösterimler, bu iş için özenle ayarlanmış özel laboratuvar makinelerinde yapıldı.

Bulut üzerinden kiralanan bir işlemci

BlueQubit girişiminden (San Francisco) bir ekip, EPFL ve XPRIZE Vakfı’ndan meslektaşlarıyla birlikte bir IBM Nighthawk r2 işlemcisi kullandı: 12 × 10’luk kare bir ızgara üzerinde 120 süperiletken kübit. İşlemciye IBM’in standart Qiskit araçlarıyla, bulut üzerinden ve hiçbir özel kalibrasyon yapmadan eriştiler. Yazarlar IBM’den değil: makineyi IBM’in girişim programı aracılığıyla kullandılar ve görüşlerinin IBM’in görüşleri olmadığını belirtiyorlar.

102 bağlayıcıyla birbirine bağlı 61 kübit kullandılar — üç kübit, kalibrasyon verileri nedeniyle dışarıda bırakıldı.

Sonucu doğrudan doğrulamak imkânsız: bu, tam olarak klasik bilgisayarların yapamadığı şey. Bu yüzden ekip, devrenin sadakatine (fidelity) dair iki bağımsız tahmin kullandı:

bir “ayna” testi: bir devreyi, sonra onun tam tersini çalıştırıp kübitlerin başladıkları yere dönüp dönmediğini kontrol etmek — simülasyon gerekmez;
bir “yama” testi: devreyi simüle edilebilecek kadar küçük 3 ya da 4 parçaya bölüp her parçayı kontrol etmek.

Sayılar

İki tahmin, ölçülen her derinlikte örtüşüyor.
Döngü başına sadakat: 0,872; birinci nesil Nighthawk r1’de 0,836 — 32 ila 40 döngüden sonra on kattan fazla daha iyi.
Referans noktası: 36 döngü, 918 iki kübitlik kapı, yaklaşık 0,0023’lük bir sadakat. Bir milyon örnek 19 saniyede toplandı.
Tek bir çıktı olasılığını klasik olarak hesaplamak yaklaşık 10²² işlem gerektiriyor — Frontier süper bilgisayarının yaklaşık iki günü.
Aynı bir milyon örneği klasik olarak üretmek: yaklaşık 1,2 × 10²⁷ işlem, yani Frontier’de 110 yıl civarı.
Tüm deney yaklaşık 11 dakikalık kuantum bilgisayar zamanı kullandı.
Bilinen klasik “hileler” — skoru taklit etmek için devreyi parçalara bölmek — ölçülen skorun en az on kat gerisinde kalıyor.

İnce ayrıntılar

110 yıl, belirli bir klasik algoritma için yapılmış bir tahmin, mutlak bir sınır değil. Sınırsız bellek varsayıyor; bu da klasik tarafın lehine. Başka yöntemler — birçok olasılık arasında yapılan işi yeniden kullanmak, yaklaşık simülasyonlar — maliyeti düşürebilir. Ve yazarların yazdığına göre, bu kıyaslama testinin tarihi bunlardan bazılarının bunu başaracağını söylüyor.

Herkesin yeniden çalıştırabileceği bir kıyaslama

Yazarlara göre bu, standart rastgele devre örneklemesinde kuantum üstünlüğünün, uzman olmayan kullanıcıların çoğunun yeniden üretebileceği, ticari ve yaygın olarak erişilebilir bir işlemci üzerindeki ilk gösterimi. Devreler, veriler — bir milyon örnek dahil — ve kod herkese açık.