La informática clásica sigue contraatacando en el último Quantum Smackdown

Por Doug Eadline

23 de agosto de 2023

A medida que avanza la computación cuántica, hay anuncios periódicos sobre el logro de la Supremacía Cuántica, una prueba en la que las Computadoras Cuánticas (QC) completan algún algoritmo de ejemplo mucho más rápido que las computadoras clásicas. Puede encontrar una buena sesión de preguntas y respuestas sobre la supremacía cuántica en el blog de Scott Aaronson.

Uno de los resultados publicitados fue en 2019. En este caso, una computadora cuántica (el chip Sycamore de 53 qubits de Google) construida por Google había funcionado de tal manera que, según la compañía, se necesitarían 10.000 años para reproducirse en el hardware de supercomputación de la época. . El problema específico utilizado fue simular la salida de una secuencia aleatoria de puertas y qubits en una computadora cuántica. Aunque parezcan completamente autorreferenciales, las secuencias de unos y ceros se derivaron a través del comportamiento aleatorio de los qubits, pero exhiben un tipo particular de resultado aleatorio que los investigadores pueden verificar.

En respuesta, IBM publicó un documento en el que argumentan que los 250 petabytes de almacenamiento en la supercomputadora Summit en Oak Ridge podrían en realidad almacenar todo el vector de estado cuántico del chip Sycamore de Google. Esta configuración permitiría calcular los mismos resultados en aproximadamente 2,5 días mediante una actualización de fuerza bruta de todo el vector de estado (los 250 petabytes).

Sin embargo, agregar solo un puñado de qubits adicionales restablecería una ventaja insuperable para el control de calidad. Si Google u otra persona actualizara de 53 a 55 qubits, eso sería suficiente para superar la capacidad de almacenamiento de 250 petabytes de Summit. Con 60 qubits, necesitarías 33 Cumbres, pero ¿quién cuenta?

En este caso, cuando el QC regresa a su esquina con los brazos levantados en señal de celebración, el enfoque clásico se levanta y está listo para otra ronda.

En un artículo de 2021, los investigadores señalaron que Google eligió un método muy específico para calcular el comportamiento esperado de su procesador, pero existen otras formas de realizar cálculos equivalentes. Desde los resultados publicados, varias opciones clásicas han reportado resultados que funcionan mejor. Como ejemplo, en su artículo, Feng Pan, Keyang Chen y Pan Zhang describieron un método específico que permite que un clúster basado en GPU produzca los mismos resultados que la ejecución de control de calidad en solo 15 horas. Los investigadores notaron que ejecutar el problema usando una supercomputadora equipada con GPU (como Summit) superaría al procesador cuántico Sycamore.

En junio de este año (2023), IBM publicó un importante resultado de control de calidad en Nature. Esta vez, en lugar de crear un tipo especial de aleatoriedad, los investigadores utilizaron un procesador IBM Eagle de 127 qubits para calcular lo que se conoce como modelo de Ising que simula el comportamiento de 127 partículas magnéticas de tamaño cuántico en un campo magnético. En realidad, el problema tiene algún valor en el mundo real, incluido el ferromagnetismo, el antiferromagnetismo, las transiciones de fase líquido-gas y el plegamiento de proteínas. Cuando se codifica en 127 qubits, presenta una supremacía cuántica de escala más que de velocidad porque incluso la computadora clásica más grande no tendrá suficiente memoria para resolver el problema.

El equipo de IBM utilizó un enfoque interesante para mitigar el ruido cuántico y así producir un resultado más utilizable. De hecho, los investigadores introdujeron más ruido y luego registraron con precisión los efectos en cada parte de los circuitos del procesador. Utilizando estos datos, los investigadores pudieron extrapolar cómo habrían sido los cálculos sin el ruido.

El resultado de IBM pareció un verdadero golpe a la informática clásica, pero no lo suficiente como para causar un nocaut. Dos semanas después del anuncio, los investigadores del Centro de Física Cuántica Computacional del Instituto Flatiron aceptaron el desafío. Han publicado previamente un artículo sobre sus resultados e informan que “Al adoptar un enfoque de red tensorial, podemos realizar una simulación clásica que es significativamente más precisa que los resultados obtenidos por el dispositivo cuántico. También mencionaron que la simulación utilizó “modestos recursos computacionales”.

Para no quedarse atrás, una preimpresión reciente de Tomislav Begušić, Garnet Kin-Lic Chan del Instituto de Tecnología de California afirmó: “Nuestras simulaciones clásicas en un solo núcleo de una computadora portátil son órdenes de magnitud más rápidas que el tiempo de pared informado de la tecnología cuántica. simulaciones”

Contragolpe. Ay.

Hay dos resultados algo complementarios que podemos esperar a medida que avanza la computación cuántica.

Sigamos con la buena pelea porque cada ronda deja al mercado con más ganadores superpuestos.