Kwantowa przewaga: cel Google na 49 kubitów, kontratak IBM na 50

Google wyznaczyło sobie termin. Do końca 2017 roku zespół Johna Martinisa ma zbudować urządzenie, które osiągnie kwantową przewagę, wykonując obliczenia nieosiągalne dla konwencjonalnych komputerów. Dowodem ma być wyścig między chipem Google a jednym z największych superkomputerów na świecie, donosiło MIT Technology Review 21 kwietnia 2017 roku.

Martinis kieruje grupą badawczą Google ds. komputerów kwantowych i jest profesorem na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Barbara. Do Google dołączył pod koniec 2014 roku, jak podał ten sam raport. „Uważamy, że jesteśmy gotowi na ten eksperyment. Możemy go przeprowadzić teraz” – stwierdził.

Pewność opiera się na chipie z sześcioma kubitami ułożonymi w siatkę 2 na 3. Google wcześniej opublikowało wyniki z dziewięciokubitowego chipa w układzie liniowym, ale Martinis twierdzi, że eksperyment z przewagą wymaga siatki 49 kubitów. Projektowanie urządzeń z 30 do 50 kubitów już trwa. Sześciokubitowy chip testuje też metodę produkcji, w której kubity i ich klasyczne okablowanie sterujące powstają na osobnych chipach, a następnie są łączone bump bondingiem.

„Ten proces działa” – powiedział Martinis. „Teraz jesteśmy gotowi, żeby przyspieszyć”.

Martinis pokazywał obrazy chipa na konferencji IEEE TechIgnite w Burlingame w Kalifornii, ale jego grupa nie opublikowała jeszcze formalnych szczegółów technicznych, podało MIT Technology Review. Zespół Google liczy około 25 osób i jest jedną z kilku przemysłowych grup badawczych, które niedawno powstały lub się rozrosły. W wyścigu biorą udział Intel, Microsoft, IBM i startupy.

Simon Gustavsson, główny badacz w grupie ds. komputerów kwantowych na MIT, powiedział dla tego wydawnictwa, że Google jest jednym z liderów. „Między Google a IBM jest to dość porównywalne” – oznajmił.

Chris Monroe, profesor z Uniwersytetu Marylands i współzałożyciel startupu IonQ, był ostrożniejszy w ocenie znaczenia tego kamienia milowego. „To będzie kamień milowy akademicki” – stwierdził. „Potem wciąż trzeba wymyślić, jak uczynić system bardziej skalowalnym i programowalnym”. Martinis zgadza się, że dużo jeszcze zostało do zrobienia, ale argumentuje, że eksperyment może stać się punktem odniesienia dla każdego, kto twierdzi, że ma działający komputer kwantowy.

IBM ruszył pierwszy pod względem liczby kubitów. 10 listopada 2017 roku firma ogłosiła, że jej naukowcy zbudowali i zmierzyli prototyp procesora z 50 kubitami, według Associated Press. Dario Gil, który kieruje działem badań nad komputerami kwantowymi i sztuczną inteligencją w IBM, powiedział, że to pierwszy raz, gdy jakakolwiek firma zbudowała komputer kwantowy w tej skali.

Seth Lloyd, profesor inżynierii mechanicznej na MIT, niezwiązany z badaniami IBM, stwierdził, że w IBM prawdopodobnie wciąż trzeba wyłapać błędy, ale nazwał ogłoszenie o 50 kubitach znakiem istotnego postępu.

Miesiąc później akcent przesunął się z liczby kubitów na jakość. „Komunikaty prasowe zawsze mówią o wyścigu wyścigowym w liczbie kubitów” – powiedział Martinis na konferencji Q2B w NASA Ames, według Gizmodo. „Chodzi o ilość i jakość kubitów, nie tylko o ilość”.

Gizmodo raportowało 8 grudnia 2017 roku, że Google wówczas wytwarzało swoje urządzenie do kwantowej przewagi z 49 lub 50 kubitów i miało zacząć testy za dwa tygodnie, nie licząc opóźnień z powodu świąt Bożego Narodzenia. Zadanie testowe wymaga splecenia kubitów, pozwolenia systemowi na ewolucję, a następnie zmierzenia wyników, których rozkłady prawdopodobieństwa są tak złożone, że klasyczna maszyna musi zasymulować komputer kwantowy, aby je zweryfikować. Taka symulacja mogłaby zająć tygodnie na wykonanie tego, co komputer kwantowy robi w minuty.

Nie wszyscy uważają to słowo za ustalone. Dario Gil z IBM później odradzał używanie kwantowej przewagi jako miary postępu. „Eksperyment i termin ‘przewaga’ zostaną źle zrozumiane przez prawie wszystkich” – powiedział dla Fortune, określając go jako eksperyment laboratoryjny bez praktycznych zastosowań. „Komputery kwantowe nigdy nie będą ‘przewyższać’ komputerów klasycznych, ale będą działać z nimi wespół, ponieważ każdy ma swoje unikalne mocne strony”.

Jim Clarke, dyrektor ds. sprzętu kwantowego w Intel Labs, nazwał aktualizację Google znaczącym kamieniem milowym i powiedział, że komercyjnie wykonalny komputer kwantowy wymaga wielu postępów w badaniach i rozwoju. „Choć rozwój jest wciąż na pierwszej mili tego maratonu, mocno wierzymy w potencjał tej technologii” – oznajmił.

Artykuł Google, który Fortune uzyskało po jego opublikowaniu i usunięciu z NASA.gov, stwierdzał, że procesor Sycamore zawierał 53 kubity, co było redukcją z urządzenia Bristlecone o 72 kubitach. Badacze napisali, że ich procesor potrzebował około 200 sekund, aby wykonać próbkowanie jednej instancji obwodu kwantowego 1 000 000 razy, podczas gdy najnowszy superkomputer potrzebowałby około 10 000 lat na wykonanie równoważnego zadania.

Rzecznik Google odmówił potwierdzenia autentyczności artykułu, a NASA nie odpowiedziała natychmiast na prośbę o komentarz. Źródło z Google zasugerowało, że NASA opublikowało go za wcześnie, przed recenzją przez równych. Przy wszystkich twierdzeniach, własny język tej dziedziny, era NISQ hałaśliwych komputerów kwantowych pośredniej skali opisana przez Johna Preskilla z Caltech, wciąż opisuje sprzęt na stole.