BlueQubit tuyên bố ưu thế lấy mẫu mạch ngẫu nhiên trên chip đám mây Nighthawk r2 của IBM
Bản tiền ấn phẩm của BlueQubit báo cáo việc lấy mẫu mạch ngẫu nhiên trên 61 qubit của bộ xử lý ibm_phoenix của IBM trong 19 giây, ước tính mất khoảng 110 năm trên siêu máy tính Frontier.
Trang này được dịch từ tiếng Anh. Tên công ty, sản phẩm và liên kết nguồn được giữ nguyên. Đọc bản gốc tiếng Anh
Các nhà nghiên cứu tại BlueQubit, cùng các đồng tác giả liên kết với EPFL và XPRIZE Foundation, báo cáo ưu thế tính toán lượng tử trong lấy mẫu mạch ngẫu nhiên trên một bộ xử lý IBM thương mại mà bất kỳ ai có quyền truy cập đám mây đều dùng được. Theo bản tiền ấn phẩm, thí nghiệm 61 qubit trên chip ibm_phoenix 120 qubit của IBM, xây dựng trên kiến trúc Nighthawk r2 thế hệ thứ hai, tạo ra một tập mẫu trong 19 giây mà việc tái tạo trên siêu máy tính Frontier ước tính mất 110 năm.
Nội dung công bố
Bài báo Quantum computational advantage in random-circuit sampling on IBM superconducting quantum computers được đăng trên arXiv và được Quantum Computing Report đưa tin ngày 28 tháng 10. Các tác giả nhấn mạnh rằng mạch được biên dịch và chạy qua quy trình đám mây Qiskit tiêu chuẩn, không có hiệu chuẩn riêng cho bài đánh giá. Theo hiểu biết của họ, đây là cuộc trình diễn đầu tiên thuộc loại này trên một bộ xử lý thương mại phổ biến mà phần lớn người dùng không chuyên có thể lặp lại. Mạch, mã lệnh và toàn bộ tập một triệu mẫu đã được công bố trên GitHub.
Chi tiết kỹ thuật
Lấy mẫu mạch ngẫu nhiên chạy các lớp cổng ngẫu nhiên rồi đọc ra các chuỗi bit; thách thức là liệu máy tính cổ điển có tạo ra được mẫu có chất lượng tương đương hay không. Nhóm chọn 61 qubit và 102 bộ ghép trên chip lưới vuông dựa trên dữ liệu hiệu chuẩn mới nhất, rồi áp dụng các cổng CZ gốc theo mô hình xếp gạch bốn màu.
Độ trung thực được ước tính bằng hai phương pháp độc lập, mirror benchmarking và patched cross-entropy benchmarking (XEB), và hai phương pháp thống nhất ở mọi độ sâu. Ở độ sâu tham chiếu 36 chu kỳ, gồm 918 cổng CZ, độ trung thực ước tính khoảng 2,3 × 10⁻³. Đó là độ sâu mà chi phí mô phỏng mạng tensor cho hệ có kích thước này ngừng tăng theo độ sâu. Theo mô hình chi phí của các tác giả, tạo một triệu chuỗi bit bằng máy cổ điển cần khoảng 1,2 × 10²⁷ phép toán máy, tương đương khoảng 110 năm trên Frontier. Toàn bộ thí nghiệm dùng khoảng 11 phút thời gian bộ xử lý.
Bài báo cũng đo tiến bộ giữa các thế hệ chip IBM: độ trung thực mỗi chu kỳ tăng từ 0,836 trên thiết bị Nighthawk r1 thế hệ đầu (ibm_miami) lên 0,872 trên r2, tương đương hơn một bậc độ lớn trên các mạch sâu. Các tác giả thử nghiệm các cuộc tấn công "cắt đứt" nhằm giả mạo điểm XEB bằng cách chia mạch thành nhiều phần, và thấy không cuộc tấn công nào đạt điểm thí nghiệm ở 36 chu kỳ; mạnh nhất vẫn kém khoảng mười lần.
Vì sao điều này quan trọng
Vì thí nghiệm được chạy qua quyền truy cập đám mây thông thường và mạch, dữ liệu cùng mã nguồn đều công khai, người dùng khác có thể thử tái lập thay vì chấp nhận tuyên bố một cách mặc nhiên. Công trình cũng đưa ra thước đo cụ thể về mức độ cải thiện của phần cứng siêu dẫn IBM giữa hai thế hệ chip.
Điều cần theo dõi
Các tác giả thận trọng nêu giới hạn tuyên bố của mình. Ước tính cổ điển của họ giả định bộ nhớ không giới hạn và phép co tensor đơn biên độ, và họ lưu ý rằng các phương pháp xấp xỉ, đa biên độ, slicing và trạng thái tích ma trận có thể giảm chi phí cổ điển, như đã từng xảy ra với các thí nghiệm ưu thế trước đây. Công trình vẫn là tiền ấn phẩm, nên các phép thử tiếp theo là bình duyệt và nỗ lực của các nhóm mô phỏng cổ điển nhằm thu hẹp khoảng cách.
Nguồn
Các thông tin trên trang này được tổng hợp từ các nguồn dưới đây, do DesignQuantum truy xuất.
- 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