Cea mai recentă afirmație a unei supremații cuantice clare rezolvă o problemă utilă.
În acest moment, calculatoarele cuantice sunt mici și predispuse la erori în comparație cu locul în care vor fi probabil în câțiva ani. Chiar și în cadrul acestor limitări, au existat afirmații regulate că hardware -ul poate efectua în moduri imposibil de potrivit cu calculul clasic (unul dintre cele mai recente exemple care vin Chiar anul trecut) Cu toate acestea, în cele mai multe cazuri până în prezent, aceste afirmații au fost urmate rapid de o oarecare reglare și optimizare a algoritmilor clasici care le -au sporit performanța, ceea ce le face competitive încă o dată.
Astăzi, avem o nouă intrare în departamentul de reclamații – sau mai degrabă o nouă cerere a unei intrări vechi. D-Wave este o companie care face renale cuantice, hardware specializat, care este cel mai eficient atunci când este aplicat la o clasă de probleme de optimizare. Noua lucrare arată că hardware-ul poate urmări comportamentul unui sistem cuantic numit model iSing mult mai eficient decât oricare dintre actualii algoritmi clasici de ultimă generație.
Știind ce va urma probabil, cu toate acestea, echipa din spatele lucrării scrie: „Sperăm și ne așteptăm ca rezultatele noastre să inspire tehnici numerice noi pentru simularea cuantică”.
Fizică reală vs. simulare
Majoritatea afirmațiilor privind superioritatea cuantică a calculului au provenit din hardware cuantic cu scop general, precum cea a IBM și Google. Acestea pot rezolva o gamă largă de algoritmi, dar au fost limitate de frecvența erorilor din qubiturile lor. De asemenea, aceste erori s -au dovedit a fi motivul pentru care algoritmii clasici au reușit adesea să se ocupe de revendicările din partea cuantică. Ele limitează dimensiunea colecției de qubits care pot fi încurcate simultan, permițând algoritmi care se concentrează pe interacțiunile dintre qubiturile vecine pentru a efectua simulări rezonabile ale comportamentului hardware -ului.
În orice caz, majoritatea acestor afirmații au implicat computere cuantice care nu rezolvau niciun algoritm anume, ci mai degrabă pur și simplu se comportă ca un computer cuantic. Afirmațiile Google, de exemplu, se bazează pe ceea ce se numesc „circuite cuantice aleatorii”, ceea ce este exact cum sună.
În colțul propriu este o companie numită D-Wave, care face hardware care se bazează pe efectele cuantice pentru a efectua calcule, dar nu este un computer cuantic cu scop general. În schimb, colecțiile sale de qubits, odată configurate și inițializate, sunt lăsate să -și găsească drumul către o stare de energie la sol, care va corespunde unei soluții la o problemă. Această abordare, numită Recuperare cuantică, este cea mai potrivită pentru rezolvarea problemelor care implică găsirea de soluții optime pentru probleme de planificare complexe.
D-Wave a fost probabil să fi fost prima companie care a experimentat „putem depăși clasicul”, urmată de un „Oh nu, nu poți” de la dezvoltatorii de algoritmi, iar de atunci a fost de obicei mult mai circumspect. Între timp, o serie de companii au Puneți calculatoarele D-Wave pentru a le folosi cu privire la problemele care se aliniază unde hardware -ul este cel mai eficient.
Dar joi, D-Wave va lansa o lucrare care va revendica din nou, după cum indică titlul său, „dincolo de calculul clasic”. Și o va face pe o problemă care nu implică circuite aleatorii.
Cântați, Ising
Noua lucrare descrie utilizarea hardware-ului D-Wave pentru a calcula evoluția în timp a ceva numit model ising. O versiune simplă a acestui model este o grilă bidimensională a obiectelor, fiecare dintre ele fiind în două stări posibile. Statul pe care îl ocupă oricare dintre aceste obiecte este influențat de starea vecinilor săi. Deci, este ușor să puneți un model ising într-o stare instabilă, după care valorile obiectelor din interiorul său vor trece până când va ajunge la o stare de energie scăzută, stabilă. Întrucât acesta este și un sistem cuantic, cu toate acestea, zgomotul aleatoriu poate uneori să răstoarne, astfel încât sistemul va continua să evolueze în timp. De asemenea, puteți conecta obiectele la geometrii care sunt mult mai complicate decât o grilă, permițând comportamente mai complexe.
Cineva a luat note grozave Dintr -o prelegere de fizică despre modelele ising care explică mai detaliat comportamentul și rolul lor în fizică. Dar trebuie să știți două lucruri pentru a înțelege această veste. Unul este că modelele de ising nu implică un computer cuantic care acționează doar ca o serie de qubits – este o problemă la care oamenii au încercat de fapt să găsească soluții. Al doilea este că hardware-ul D-Wave, care oferă o colecție bine conectată de dispozitive cuantice care pot trece între două valori, este o potrivire excelentă pentru modelele ISing.
În 2023, D-Wave și-a folosit renalerul de 5.000 de ani pentru a demonstra că producția sa la efectuarea evoluției modelului ising a fost cel mai bine descrisă folosind ecuația lui Schrödinger, un mod central de a descrie comportamentul sistemelor cuantice. Și, pe măsură ce sistemele cuantice devin din ce în ce mai complexe, ecuația lui Schrödinger devine mult, mult mai greu de rezolvat folosind hardware clasic – implicația fiind faptul că modelarea comportamentului a 5.000 dintre aceste qubits ar putea fi, probabil, dincolo de capacitatea algoritmilor clasici.
Cu toate acestea, după ce a fost ars înainte de îmbunătățiri ale algoritmilor clasici, echipa D-Wave a fost foarte prudentă cu privire la exprimarea acestei implicații. Pe măsură ce scriu în ultima lor lucrare, „rămâne important să stabilim că în intervalul parametric studiat, în ciuda lungimii limitate de corelație și a preciziei experimentale finite, metodele clasice aproximative nu pot corespunde calității soluției [D-Wave hardware] într -un timp rezonabil. „
Așadar, este important ca acum să aibă o nouă lucrare care indică faptul că, de fapt, metodele clasice nu pot face asta într -un timp rezonabil.
Testarea alternativelor
Echipa, care se bazează în principal la D-Wave, dar include cercetători dintr-o mână de instituții de fizică la nivel înalt din întreaga lume, concentrat pe trei metode diferite de simulare a sistemelor cuantice pe hardware-ul clasic. Aceștia au fost supuși unei versiuni mai mici a ceea ce va fi sistemul Advantage 2 al D-Wave, conceput pentru a avea o conectivitate qubit mai mare și timpi de coerență mai lungi decât avantajul său actual. Lucrarea a implicat în esență găsirea în care simulatoarele clasice s-au împiedicat, fie că simularea a continuat prea mult timp, fie complexitatea geometriei modelului ising a devenit prea mare (toate arătând că hardware-ul D-Wave ar putea efectua același calcul).
Au fost testate trei abordări clasice diferite. Doi dintre ei au implicat un Rețeaua Tensorunul numit parlamentari, pentru produsul matricial al statelor, și al doilea numit state proiectate cu pereche de pereți (PEP). De asemenea, au încercat o rețea neuronală, deoarece un număr dintre acestea au fost instruiți cu succes pentru a prezice producția ecuației lui Schrödinger pentru diferite sisteme.
Aceste abordări au fost testate pentru prima dată pe o simplă grilă de 8 × 8 de obiecte rulate într -un cilindru, ceea ce crește conectivitatea prin eliminarea a două dintre margini. Și, pentru acest sistem simplu care a evoluat pe o perioadă scurtă, metodele clasice și hardware -ul cuantic au produs răspunsuri efectiv nedistinguibile.
Doi dintre algoritmii clasici, cu toate acestea, au fost relativ ușor de eliminat din considerații serioase. Rețeaua neuronală a oferit rezultate bune pentru simulări scurte, dar a început să se diverge rapid odată ce sistemul a fost lăsat să evolueze timp mai lung. Și Peps funcționează concentrându-se pe înțelegerea locală și nu a reușit, deoarece îmbrăcămintea a fost răspândită în sistemele din ce în ce mai mari. Acest lucru a lăsat parlamentarii ca reprezentant clasic, deoarece geometriile mai complexe au fost rulate timp mai lung.
Identificând unde au început să eșueze parlamentarii, cercetătorii ar putea estima cantitatea de hardware clasic care ar fi necesară pentru a permite algoritmului să țină pasul cu hardware -ul Advantage 2 pe cele mai complexe sisteme. Și, ei bine, nu va fi realist în curând. „La cele mai mari probleme, parlamentarii ar dura milioane de ani pe supercomputerul de frontieră pe intrare pentru a se potrivi [quantum hardware] Calitatea, „concluzionează.
Din nou, în lucrare, cercetătorii recunosc că acest lucru poate duce la o altă rundă de optimizări care readuc algoritmii clasici în competiție. Și, se pare, acestea au început deja odată ce un proiect al acestei lucrări viitoare a fost plasat pe Arxiv. În cadrul unei conferințe de presă, pe măsură ce acest raport a fost pregătit, unul dintre oamenii de știință ai lui D-Wave, Andrew King, a menționat că două pre-imprimeuri au apărut deja pe Arxiv care a descris îmbunătățiri ale algoritmilor clasici.
În timp ce acestea permit simulărilor clasice să efectueze mai multe rezultate demonstrate în noua lucrare, acestea nu implică simularea celor mai complicate geometrii și necesită perioade mai scurte și mai puține qubituri totale. Natură a vorbit cu unul dintre oameni În spatele acestor îmbunătățiri ale algoritmului, care a fost optimist că ar putea în cele din urmă să reproducă toate rezultatele D-Wave folosind algoritmi non-Quantum. D-Wave, evident, este sceptic. Și King a spus că un nou test de testare Avantaj 2 mai mare, cu peste 4.000 de qubits disponibile, a fost recent calibrat, iar el a testat deja versiuni și mai mari ale acelorași modele ISing pe acesta – care ar fi considerabil mai greu pentru metodele clasice de a fi până la capăt.
În orice caz, compania acționează ca și cum lucrurile sunt soluționate. În timpul conferinței de presă care descrie noile rezultate, oamenii s-au referit frecvent la D-Wave după ce au obținut supremația cuantică și CEO-ul său, Alan Baratz, pentru a răspunde la scepticism stârnit de cele două manuscrise de proiect, a spus, „Lucrarea noastră ar trebui să fie sărbătorită ca o etapă semnificativă”.
Știință, 2025. DOI: 10.1126/Science.ADO6285 (Despre Dois)
John este editorul științific al ARS Technica. Are un licențiat în arte în biochimie de la Universitatea Columbia și un doctorat. în biologie moleculară și celulară de la Universitatea din California, Berkeley. Când se desparte fizic de tastatura sa, el tinde să caute o bicicletă sau o locație pitorească pentru comunicarea cu cizmele sale de drumeție.
Comentarii recente