Китайские учёные ещё раз окончательно развенчали миф о квантовом превосходстве системы Google Sycamore

В 2019 году исследователи Google заявили, что они первыми в истории добились квантового превосходства, когда квантовый компьютер Sycamore компании выполнил за 200 секунд такие расчёты, на которые обычному суперкомпьютеру понадобилось бы 10 000 лет. Учёные из Китая выполнили то же самое вычисление за несколько часов с помощью обычных графических процессоров и утверждают, что суперкомпьютер сделал бы то же самое за несколько десятков секунд.

Квантовая система Google Sycamore. Источник изображения: Google

Очевидно, компания Google поторопилась, когда три года назад заявляла о достижении квантового превосходства — рубежа, за которым классические компьютеры окончательно сдаются на милость квантовым компьютерам в сфере вычислений или симуляций определённого рода. Такое громкое заявление не могло остаться незамеченным в научной среде, и первым на него отреагировала компания IBM, поскольку в заявлении Google система Sycamore сравнивалась с суперкомпьютером IBM Summit. В IBM поставили под сомнение квантовое превосходство Sycamore и сообщили, что Summit мог бы выполнить аналогичные вычисления за 2,5 дня, а не за 10 000 лет, как утверждает Google.

Затем к развенчанию мифа о квантовом превосходстве Google Sycamore для решения определённого типа задач — исполнение алгоритма моделирования произвольной случайной квантовой схемы или семплинг выходного распределения случайных квантовых схем — приступили китайские учёные, но уже не теоретически, как поступили в IBM, а решая задачу практически на классических компьютерах.

В прошлом году, оптимизировав алгоритм, китайцы на 60 видеокартах NVIDIA решили задачу за 5 дней. Очевидно, суперкомпьютер справился бы с решением быстрее. И действительно, новая китайская суперсистема Oceanlite на базе нового поколения чипов Sunway (ShenWei) получила престижную премию Гордона Белла за что? За опровержение заявления Google о достижении квантового превосходства. Oceanlite решила задачу за 304 секунды, попутно став первой в мире, преодолевшей экзафлопсный барьер.

Невероятная мощь Oceanlite почти сравнялась с возможностями квантовой Sycamore. Но китайцы снова оптимизировали алгоритм и смоли решить квантовую задачу Google на 512 видеокартах NVIDIA за 15 часов. Как заявляют учёные, если бы у них был суперкомпьютер, они бы решили задачу за несколько десятков секунд, что оставило бы далеко позади результат Google Sycamore.

Подробно об алгоритме и методике проведения расчётов китайские специалисты рассказали в журнале Physical Review Letters. Для ускорения расчётов они пошли на некоторое огрубление уровня допустимых ошибок (точности). Так, если Google проводила расчёты с учётом вероятности ошибок 0,2 %, то китайские исследователи допустили вероятность ошибок на уровне 0,37 %, что в 256 раз ускорило расчёты. Также китайцы использовали тензорные матрицы, благодаря чему расчёты свелись к простым операциям перемножения, а GPU с этим справляются лучше всего и в режиме параллельной обработки данных.

Подробно, но сложным языком прочесть об этом можно в статье, которая доступна на arXiv.org в формате PDF.