Nový benchmark: Kvantovým počítačům chybí k vědeckému využití 100 000krát vyšší výkon

Současné kvantové počítače zaostávají za výpočetní kapacitou potřebnou k řešení uznávaných vědeckých problémů přibližně o pět řádů, vyplývá z nové srovnávací studie zveřejněné na preprintovém serveru arXiv. Zjištění vědců ze Sandia National Laboratories s příspěvky společností Quantinuum a NVIDIA ↗ 2.78% představuje rámec nazvaný QUOPS (Quantum Universal Operations Performance System), který měří jak rozsah obvodů, jež stroj dokáže provést, tak rychlost, s jakou je dokončí.thequantuminsider+1

Nové měřítko pro kvantové stroje

Výrobci kvantového hardwaru obvykle popisují své systémy pomocí počtu kubitů, přesnosti hradel a rychlosti hradel. Tyto metriky na úrovni jednotlivých komponent však ne vždy předpovídají, jak si kompletní stroj povede při rozsáhlém výpočtu. QUOPS místo toho přistupuje ke kvantovému počítači jako k celému systému: předkládá mu náhodně vygenerované obvody různé šířky a hloubky a následně ověřuje, zda výstup překračuje předem definovaný práh přesnosti.thequantuminsider+1

Benchmark sumarizuje výkon do dvou čísel: Q, které představuje největší způsobilý obvod, jejž stroj dokáže spustit, a omega, což je efektivní počet kvantových operací dokončených za sekundu v daném měřítku. Společně zachycují kompromis, který jednotlivé specifikace zakrývají.thequantuminsider

Kompromisy napříč architekturami

Vědci testovali benchmark na procesorech společností Google Alphabet Inc. ↗ 0.78%, IBM International Business Machines Corporation ↘ 0.85% a Quantinuum. Systémy Willow od Googlu a Boston od IBM, oba založené na supravodivosti, prováděly operace rychleji a dosáhly vyšších hodnot QUOPS. Procesor Helios od Quantinuum využívající zachycené ionty, který poskytuje propojení mezi všemi kubity, úspěšně zvládne větší obvody a dosáhl vyššího skóre Q, pracoval však nižší rychlostí.quantinuum+1

Srovnání neoznačuje žádnou architekturu za jednoznačně nadřazenou. Výsledky spíše ukazují, že stroje dosahují výkonu prostřednictvím různých kombinací přesnosti, rychlosti a konektivity, tedy kompromisů, které mohou mít různou váhu v závislosti na konkrétní zátěži.thequantuminsider

Cesta k vědeckému využití

Mapováním nároků na zdroje u problémů, jako je faktorizace RSA-2048 nebo výpočet energetických vlastních čísel FeMoco, vědci odhadli cílová skóre Q v řádu stovek milionů. Současný hardware za těmito cíli zaostává přibližně 100 000krát, což podporuje pokračující úsilí o vývoj kvantových počítačů odolných vůči chybám, které využívají opravy chyb k ochraně výpočtů před nahromaděným šumem.quantumcomputingreport+1

Tým také aplikoval QUOPS na malou sestavu odolnou vůči chybám využívající až osm logických kubitů na systému Helios-1 od Quantinuum. Tím prokázal, že stejný benchmark dokáže sledovat jak současné stroje s fyzickými kubity, tak vznikající systémy s logickými kubity. Studie dosud neprošla recenzním řízením.thequantuminsider+1