מחשבים רגילים יכולים לנצח את המחשב הקוונטי של גוגל אחרי הכל | מַדָע

אם עידן המחשוב הקוונטי התחיל לפני 3 שנים, ייתכן שהשמש העולה שלו התחמקה מאחורי ענן. בשנת 2019, חוקרים של גוגל טענו שכן עבר אבן דרך המכונה עליונות קוונטית כשהמחשב הקוונטי שלהם סיקאמור ביצע תוך 200 שניות חישוב מופרך שלדבריהם יקשור מחשב-על למשך 10,000 שנים. כעת, מדענים בסין ביצעו את החישוב תוך מספר שעות עם מעבדים רגילים. מחשב-על, הם אומרים, יכול לנצח את השקמה על הסף.

“אני חושב שהם צודקים שאם הייתה להם גישה למחשב-על גדול מספיק, הם היו יכולים לדמות את המשימה… תוך שניות”, אומר סקוט אהרונסון, מדען מחשבים באוניברסיטת טקסס, אוסטין. ההתקדמות מורידה מעט את הברק מהטענה של גוגל, אומר גרג קופרברג, מתמטיקאי מאוניברסיטת קליפורניה, דייויס. “להגיע ל-300 רגל מהפסגה זה פחות מרגש מהגעה לפסגה.”

ובכל זאת, ההבטחה של מחשוב קוונטי נותרה בלתי מעומעמת, אומרים קופרברג ואחרים. וסרג’יו בויצו, המדען הראשי של Google Quantum AI, אמר באימייל שצוות גוגל ידע שהיתרון שלו לא יחזיק לאורך זמן. “במאמר שלנו לשנת 2019, אמרנו שאלגוריתמים קלאסיים ישתפרו”, אמר. אבל, “אנחנו לא חושבים שהגישה הקלאסית הזו יכולה לעמוד בקצב של מעגלים קוונטיים בשנת 2022 ואילך.”

“הבעיה” שפתרה השקמה תוכננה להיות קשה עבור מחשב קונבנציונלי אך קלה ככל האפשר עבור מחשב קוונטי, אשר מבצע מניפולציות על קיוביטים שניתן להגדיר ל-0, 1, או – הודות למכניקת הקוונטים – כל שילוב של 0 ו-1 באותו הזמן. ביחד, 53 הקיוביטים של השקמה, מעגלים חשמליים מהדהדים זעירים העשויים ממתכת מוליכת-על, יכולים לקודד כל מספר מ-0 עד 253 (בערך 9 קוודריליון) – או אפילו את כולם בבת אחת.

החל מכל הקיוביטים שהוגדרו ל-0, חוקרים של גוגל יישמו על קיוביטים בודדים וצמדו קבוצה אקראית אך קבועה של פעולות לוגיות, או שערים, במשך 20 מחזורים, ואז קראו את הקיוביטים. באופן גס, גלים קוונטיים המייצגים את כל התפוקות האפשריות השתפכו בין הקיוביטים, והשערים יצרו הפרעות שחיזקו פלטים מסוימים וביטלו אחרים. אז חלקם היו צריכים להופיע בסבירות גבוהה יותר מאחרים. מעל מיליוני ניסויים, הופיע דפוס פלט קוצני.

החוקרים של גוגל טענו שסימולציה של השפעות ההפרעה הללו אפילו תכריע Summit, מחשב-על במעבדה הלאומית של Oak Ridge, שיש לה 9216 יחידות עיבוד מרכזיות ו-27,648 יחידות עיבוד גרפי מהירות יותר (GPUs). חוקרים מ-IBM, שפיתחה את Summit, טענו במהירות שאם ינצלו כל פיסת כונן קשיח זמין למחשב, הוא יוכל להתמודד עם החישוב תוך מספר ימים. כעת, פאן ג’אנג, פיזיקאי סטטיסטי במכון לפיזיקה תיאורטית באקדמיה הסינית למדעים, ועמיתיו הראו איך לנצח את השקמה בעיתון בעיתונות ב מכתבי סקירה פיזית.

בעקבות אחרים, ג’אנג ועמיתיו שיחזרו את הבעיה כמערך מתמטי תלת-ממדי הנקרא רשת טנזור. הוא כלל 20 שכבות, אחת לכל מחזור שערים, כאשר כל שכבה כוללת 53 נקודות, אחת לכל קיוביט. קווים חיברו את הנקודות כדי לייצג את השערים, כאשר כל שער מקודד בטנזור – רשת דו-ממדית או דו-ממדית של מספרים מרוכבים. הפעלת הסימולציה אז הפחתה לכפל, בעצם, את כל הטנזורים. “היתרון של שיטת רשת הטנזור הוא שאנחנו יכולים להשתמש במעבדי GPU רבים כדי לבצע את החישובים במקביל”, אומר ג’אנג.

ג’אנג ועמיתיו הסתמכו גם על תובנה מרכזית: החישוב של השקמה היה רחוק מלהיות מדויק, כך שגם שלהם לא היה צריך להיות. השקמה חישבה את התפלגות היציאות בנאמנות משוערת של 0.2% – מספיק כדי להבחין בין הקוצנות דמוית טביעת האצבע לבין הרעש במעגלים. אז הצוות של ג’אנג החליף דיוק למהירות על ידי חיתוך כמה קווים ברשת שלו וביטול השערים המתאימים. איבוד של שמונה קווים בלבד הפך את החישוב למהיר פי 256 תוך שמירה על נאמנות של 0.37%.

החוקרים חישבו את דפוס הפלט עבור מיליון מתוך 9 קוודריליון מחרוזות המספרים האפשריות, תוך הסתמכות על חידוש משלהם כדי להשיג סט אקראי ומייצג באמת. החישוב נמשך 15 שעות ב-512 GPUs והניב את הפלט הקוצני. “זה הוגן לומר שהניסוי של גוגל בוצע הדמיה במחשב רגיל”, אומר דומיניק הנגליטר, מדען מחשבים קוונטיים באוניברסיטת מרילנד, קולג’ פארק. במחשב על, החישוב ייקח כמה עשרות שניות, אומר ג’אנג – פי 10 מיליארד מהר יותר ממה שהעריך צוות גוגל.

ההתקדמות מדגישה את המלכודות של מירוץ מחשב קוונטי מול מחשב קונבנציונלי, אומרים חוקרים. “יש צורך דחוף בניסויי עליונות קוונטית טובים יותר”, אומר אהרונסון. ג’אנג מציע גישה מעשית יותר: “אנחנו צריכים למצוא כמה יישומים בעולם האמיתי כדי להדגים את היתרון הקוונטי.”

ובכל זאת, ההפגנה של גוגל לא הייתה רק הייפ, אומרים חוקרים. שקמה דרשה הרבה פחות פעולות ופחות כוח ממחשב-על, מציין ג’אנג. ואם לשקמה הייתה נאמנות קצת יותר גבוהה, הוא אומר, הסימולציה של הצוות שלו לא הייתה יכולה לעמוד בקצב. כפי שהאנגלייטר מגדיר זאת, “הניסוי של גוגל עשה את מה שהוא נועד לעשות, להתחיל את המירוץ הזה.”

Leave a Reply

Your email address will not be published.