BlueQubit مدعی برتری در نمونه‌برداری از مدارهای تصادفی روی تراشه ابری Nighthawk r2 شرکت IBM شد
پیش‌چاپ BlueQubit از نمونه‌برداری مدارهای تصادفی روی ۶۱ کیوبیت پردازنده ibm_phoenix شرکت IBM در ۱۹ ثانیه خبر می‌دهد؛ کاری که برآورد می‌شود روی ابررایانه Frontier حدود ۱۱۰ سال طول بکشد.
این صفحه از انگلیسی ترجمه شده است. نام شرکت‌ها، محصولات و پیوندهای منابع بدون تغییر باقی مانده‌اند. خواندن نسخه اصلی انگلیسی
پژوهشگران BlueQubit همراه با هم‌نویسندگانی وابسته به EPFL و XPRIZE Foundation از برتری محاسباتی کوانتومی در نمونه‌برداری از مدارهای تصادفی روی یک پردازنده تجاری IBM خبر می‌دهند که هر کسی با دسترسی ابری می‌تواند از آن استفاده کند. طبق پیش‌چاپ آن‌ها، آزمایشی ۶۱ کیوبیتی روی تراشه ۱۲۰ کیوبیتی ibm_phoenix شرکت IBM، که بر پایه معماری نسل دوم Nighthawk r2 ساخته شده، در ۱۹ ثانیه مجموعه‌ای از نمونه‌ها تولید کرد که برآورد می‌شود بازتولید آن روی ابررایانه Frontier ۱۱۰ سال طول بکشد.
چه چیزی اعلام شد
مقاله Quantum computational advantage in random-circuit sampling on IBM superconducting quantum computers در arXiv منتشر شد و Quantum Computing Report روز ۲۸ اکتبر به آن پرداخت. نویسندگان تأکید می‌کنند که مدارها بدون هیچ کالیبراسیون ویژه محک، از طریق گردش‌کار استاندارد ابری Qiskit کامپایل و اجرا شدند. آن‌ها می‌نویسند تا جایی که می‌دانند، این نخستین نمایش از این نوع روی پردازنده‌ای تجاری و به‌طور گسترده در دسترس است که بیشتر کاربران غیرمتخصص می‌توانند تکرارش کنند. مدارها، اسکریپت‌ها و مجموعه کامل یک میلیون نمونه در GitHub منتشر شده‌اند.
جزئیات فنی
در نمونه‌برداری از مدارهای تصادفی، لایه‌هایی از گیت‌های تصادفی اجرا و رشته‌های بیتی خوانده می‌شوند؛ چالش این است که آیا یک رایانه کلاسیک می‌تواند نمونه‌هایی با کیفیت مشابه تولید کند یا نه. تیم بر اساس جدیدترین داده‌های کالیبراسیون، ۶۱ کیوبیت و ۱۰۲ جفت‌کننده را روی تراشه شبکه مربعی برگزید و گیت‌های بومی CZ را با الگوی آجری چهاررنگ اعمال کرد.
وفاداری با دو روش مستقل برآورد شد: محک‌زنی آینه‌ای و محک‌زنی آنتروپی متقاطع وصله‌ای (XEB)، و این دو روش در همه عمق‌ها با هم توافق داشتند. در عمق مرجع ۳۶ چرخه، شامل ۹۱۸ گیت CZ، وفاداری برآوردی حدود ۲٫۳ × ۱۰⁻³ بود. این عمق نقطه‌ای است که هزینه شبیه‌سازی شبکه تانسوری برای سامانه‌ای به این اندازه دیگر با عمق افزایش نمی‌یابد. طبق مدل هزینه نویسندگان، تولید کلاسیک یک میلیون رشته بیتی به حدود ۱٫۲ × ۱۰²⁷ عملیات ماشینی، یعنی تقریباً ۱۱۰ سال روی Frontier، نیاز دارد. کل آزمایش حدود ۱۱ دقیقه زمان پردازنده مصرف کرد.
مقاله همچنین پیشرفت میان نسل‌های تراشه IBM را می‌سنجد: وفاداری هر چرخه از ۰٫۸۳۶ روی دستگاه نسل اول Nighthawk r1 (ibm_miami) به ۰٫۸۷۲ روی r2 رسید که در مدارهای عمیق بیش از یک مرتبه بزرگی تفاوت ایجاد می‌کند. نویسندگان حمله‌های «برش» را آزمودند که می‌کوشند با تقسیم مدار به بخش‌ها امتیاز XEB را جعل کنند، و دریافتند هیچ‌کدام در ۳۶ چرخه به امتیاز آزمایش نرسید؛ قوی‌ترین آن‌ها حدود ده برابر عقب ماند.
چرا مهم است
از آنجا که آزمایش با دسترسی ابری معمولی انجام شده و مدارها، داده‌ها و کد عمومی‌اند، کاربران دیگر می‌توانند به‌جای پذیرش بی‌چون‌وچرای ادعا، بازتولید آن را بیازمایند. این کار همچنین معیاری ملموس از میزان بهبود سخت‌افزار ابررسانای IBM میان دو نسل تراشه به دست می‌دهد.
چه چیزی را باید دنبال کرد
نویسندگان با احتیاط حدود ادعای خود را بیان می‌کنند. برآورد کلاسیک آن‌ها حافظه نامحدود و انقباض تک‌دامنه‌ای را فرض می‌کند، و یادآوری می‌کنند که روش‌های تقریبی، چنددامنه‌ای، برش‌زنی (slicing) و حالت‌های حاصل‌ضرب ماتریسی ممکن است هزینه‌های کلاسیک را کاهش دهند، همان‌طور که در آزمایش‌های برتری پیشین رخ داده است. این کار پیش‌چاپ است؛ بنابراین آزمون‌های بعدی داوری همتا و تلاش گروه‌های شبیه‌سازی کلاسیک برای کاستن از این فاصله خواهد بود.
منابع
اطلاعات این صفحه از منابع زیر گرفته شده و توسط DesignQuantum گردآوری شده است.
- Quantum computational advantage in random-circuit sampling on IBM superconducting quantum computers (arXiv preprint) arxiv.org
- rcs-nighthawk: circuits, data and code (GitHub) github.com
- BlueQubit Benchmarks Quantum Computational Advantage in Random-Circuit Sampling on IBM Nighthawk r2 Hardware (Quantum Computing Report) quantumcomputingreport.com