Все новости

У достигшего "квантового превосходства" процессора Google нашли ограничения

Для более сложных задач нужно будет использовать квантовые вычислители с большим количеством кубитов, делают вывод исследователи

ТАСС, 21 сентября. Математики создали алгоритм, с помощью которого можно просчитывать, как ведет себя квантовый процессор Sycamore компании Google. Расчеты показывают, что у него есть ограничения, которые мешают Sycamore решать сложные задачи. Статью с описанием алгоритма опубликовал научный журнал Quantum, кратко об этом пишет пресс-служба Сколковского института науки и технологий.

"Мы взяли код первого автора исследования Акшая Вишванатана и создали на его основе выполняющуюся параллельно программу. Мы были в восторге, когда, наконец, увидели данные с той же статистикой, что была у Google. В рамках этого проекта мы создали программный пакет, способный эмулировать различные современные квантовые процессоры – до 36 кубитов и дюжины слоев", – рассказал один из авторов статьи, старший научный сотрудник Сколковского института науки и технологий Игорь Захаров.

Два года назад группа ученых под руководством главы лаборатории квантового искусственного интеллекта в Google Хармута Нивена объявила о достижении так называемого "квантового превосходства": им удалось решить "нерешаемую" задачу, связанную с выработкой случайных чисел, используя созданный ими квантовый компьютер Sycamore, содержавший в себе 53 сверхпроводниковых кубита.

Это достижение заставило ученых задуматься о том, можно ли использовать Sycamore для решения сложных задач, связанных с оптимизацией. Получению точного ответа на этот вопрос до недавнего времени мешало то, что у ученых не было возможности проверить ответ, который выдавал бы Sycamore при решении подобных экономических или математических проблем.

Захаров и его коллеги под руководством профессора Сколковского института науки и технологий Джейкоба Биамонте сделали большой шаг к решению этой проблемы. Они создали первый полноценный симулятор квантового компьютера, который содержит в себе несколько десятков кубитов. Его работа стала возможной благодаря ресурсам суперкомпьютера "Жорес".

Пределы квантовых вычислений

Этот симулятор квантового компьютера повторяет работу гибридных квантовых систем, в которых квантовый процессор и обычная классическая вычислительная система вместе решают сложные оптимизационные задачи. Недавно специалисты Google использовали этот подход для решения трех разных математических задач, связанных с определением структуры связей между математическими объектами-графами.

Российские ученые использовали созданный ими алгоритм для оценки эффективности подобных вычислений и определения пределов работы процессора Sycamore и его аналогов, оснащенных двумя-тремя десятками кубитов. Эти расчеты указали на наличие целого ряда ограничений, резко снижающих эффективность ведения оптимизационных квантовых расчетов, которые ученые назвали "дефицитом достижимости".

Одним из главных подобных препятствий для использования Sycamore и его аналогов оказалась так называемая "плотность" переменных, отражающая соотношение числа параметров в задаче и допустимых ограничений на их значения. Как обнаружили математики, рост этого показателя быстро повышает число квантовых операций, необходимых для решения задачи, что резко снижает производительность гибридного квантового компьютера при достижении высокой "плотности" переменных.

При этом Биамонте и его коллеги обнаружили, что их коллеги из Google уже вплотную подобрались к этому лимиту при решении одной из первых трех задач на оптимизацию. Соответственно, решение сложных практически значимых проблем, как подытожили ученые, потребует применения квантовых процессоров со значительно более высоким числом кубитов.