BlueQubit reivindica vantagem em amostragem de circuitos aleatórios no chip Nighthawk r2 da IBM na nuvem
Um preprint da BlueQubit relata amostragem de circuitos aleatórios com 61 qubits no ibm_phoenix da IBM em 19 segundos, estimando cerca de 110 anos no supercomputador Frontier.
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Pesquisadores da BlueQubit, com colaboradores ligados à EPFL e à XPRIZE Foundation, relatam uma vantagem quântica computacional em amostragem de circuitos aleatórios em um processador comercial da IBM que qualquer pessoa com acesso à nuvem pode usar. O preprint diz que um experimento de 61 qubits no chip ibm_phoenix de 120 qubits da IBM, baseado na arquitetura Nighthawk r2 de segunda geração, produziu em 19 segundos um conjunto de amostras que levaria cerca de 110 anos para ser reproduzido no supercomputador Frontier.
O que foi anunciado
O artigo, Quantum computational advantage in random-circuit sampling on IBM superconducting quantum computers, foi publicado no arXiv e noticiado pelo Quantum Computing Report em 28 de outubro. Os autores ressaltam que os circuitos foram compilados e executados pelo fluxo padrão do Qiskit na nuvem, sem nenhuma calibração feita sob medida para o benchmark. Até onde sabem, escrevem, é a primeira demonstração desse tipo em um processador comercial e amplamente acessível que a maioria dos usuários não especialistas poderia replicar. Os circuitos, os scripts e o conjunto completo de um milhão de amostras estão publicados no GitHub.
Os detalhes técnicos
A amostragem de circuitos aleatórios executa camadas de portas aleatórias e pede à máquina que produza cadeias de bits; o desafio para um computador clássico é gerar amostras de qualidade comparável. A equipe selecionou 61 qubits e 102 acopladores no chip de rede quadrada com base nos dados de calibração mais recentes e aplicou portas CZ nativas em um padrão de tijolos de quatro cores.
A fidelidade foi estimada de duas formas independentes, com benchmarking de espelho e com benchmarking de entropia cruzada (XEB) por partes, e os métodos concordaram em todas as profundidades. Na profundidade de referência de 36 ciclos, que contém 918 portas CZ, a fidelidade estimada foi de cerca de 2,3 × 10⁻³. É nessa profundidade que o custo da simulação por redes tensoriais deixa de crescer com a profundidade para esse tamanho de sistema. Pelo modelo de custo dos autores, amostrar um milhão de cadeias de bits classicamente exigiria cerca de 1,2 × 10²⁷ operações de máquina, aproximadamente 110 anos no Frontier. O experimento inteiro usou cerca de 11 minutos de tempo de processador.
O artigo também mede o avanço entre gerações de chips da IBM: a fidelidade por ciclo subiu de 0,836 no dispositivo Nighthawk r1 de primeira geração (ibm_miami) para 0,872 no r2, o que soma mais de uma ordem de grandeza em circuitos profundos. Os autores testaram ataques de "corte", que tentam falsificar a pontuação XEB dividindo o circuito em pedaços, e constataram que nenhum alcançou a pontuação experimental em 36 ciclos; o mais forte ficou cerca de dez vezes abaixo.
Por que isso importa
Como o experimento rodou por acesso comum à nuvem e seus circuitos, dados e código são públicos, outros usuários podem tentar reproduzi-lo em vez de simplesmente confiar na afirmação. O artigo também oferece uma régua concreta de quanto o hardware supercondutor da IBM melhorou entre duas gerações de chips.
O que observar
Os autores são cuidadosos com os limites da afirmação. A estimativa clássica pressupõe memória ilimitada e contrações de amplitude única, e eles observam que métodos aproximados, de múltiplas amplitudes, de fatiamento (slicing) e de estados de produto de matrizes poderiam reduzir os custos clássicos, como aconteceu com experimentos de vantagem anteriores. O trabalho é um preprint, então a revisão por pares e as tentativas de grupos de simulação clássica de reduzir a diferença são os próximos testes.
Fontes
Os fatos desta página vêm das fontes abaixo, reunidas pela DesignQuantum.
- 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