Πόσο χρήσιμος είναι ένας συγκεκριμένος κβαντικός υπολογιστής; Ίσως πλέον να μπορούμε να απαντήσουμε σε αυτό το ερώτημα.
Οι κβαντικοί υπολογιστές έχουν σημειώσει σημαντική πρόοδο τα τελευταία χρόνια, αποκτώντας μεγαλύτερη αξιοπιστία και ισχύ. Ωστόσο, όταν πρόκειται για υπολογισμούς που θα μπορούσαν να έχουν μεγάλο αντίκτυπο στον κόσμο, όπως η κατανόηση του μορίου FeMoco, το οποίο παίζει βασικό ρόλο στη δέσμευση του αζώτου, ή η παραβίαση των πιο διαδεδομένων σημερινών μεθόδων κρυπτογράφησης, εξακολουθούν να υπολείπονται.
Η αποτίμηση όμως του πόσο κοντά βρίσκονται στο να γίνουν πραγματικά ικανοί ήταν πάντα δύσκολη υπόθεση. Τώρα, ο Timothy Proctor από τα Sandia National Laboratories στην Καλιφόρνια και οι συνεργάτες του υποστηρίζουν ότι η βαθμολογία QUOPS αποτελεί το κομμάτι που έλειπε από το παζλ.
Η ιδέα είναι σχετικά απλή. Πρώτα, ένας κβαντικός υπολογιστής τρέχει ένα ειδικό σύνολο προγραμμάτων, δηλαδή κβαντικά κυκλώματα, τα οποία επιτρέπουν στους ερευνητές να υπολογίσουν τη βαθμολογία QUOPS. Το QUOPS σημαίνει quantum universal operation performance system και αποτυπώνει πόσα φυσικά δομικά στοιχεία, ή qubits, διαθέτει ο κβαντικός υπολογιστής και πόσες υπολογιστικές πράξεις μπορεί να εκτελέσει. Στη συνέχεια, ο αριθμός αυτός μπορεί να συγκριθεί με τη βαθμολογία QUOPS ενός αλγορίθμου που οι ερευνητές θέλουν ενδεχομένως να τρέξουν σε αυτόν τον υπολογιστή.
Αν η βαθμολογία του αλγορίθμου είναι μεγαλύτερη από εκείνη του υπολογιστή, ο υπολογισμός δεν θα δουλέψει. Αν όμως η βαθμολογία του κβαντικού υπολογιστή είναι συγκρίσιμη ή μεγαλύτερη, τότε το μηχάνημα θα πρέπει να είναι χρήσιμο για την επίλυση του προβλήματος για το οποίο σχεδιάστηκε ο αλγόριθμος. Ένας άλλος αριθμός, ο ρυθμός QUOPS, αποτυπώνει πόσο χρόνο θα απαιτούσε αυτός ο υπολογισμός.
Η ομάδα υπολόγισε βαθμολογίες QUOPS για ορισμένους από τους καλύτερους σημερινούς κβαντικούς υπολογιστές της Google, της IBM και της Quantinuum. Καμία από τις βαθμολογίες τους δεν ξεπέρασε το 2000, ενώ τόσο οι υπολογισμοί για το FeMoco όσο και για την κρυπτογράφηση θα απαιτούσαν βαθμολογίες περισσότερο από 100.000 φορές μεγαλύτερες.
Επιπλέον, η ομάδα δοκίμασε τον κβαντικό υπολογιστή Helios-1 της Quantinuum, όταν ήταν ρυθμισμένος να λειτουργήσει ως μηχάνημα ανεκτικό στα σφάλματα, δηλαδή ως κβαντικός υπολογιστής που εντοπίζει και διορθώνει μόνος του τα λάθη του. Πέτυχε βαθμολογία QUOPS περίπου 40.
Για να γίνουν πιο ισχυροί υπολογιστικά, οι κβαντικοί υπολογιστές πρέπει να περιλαμβάνουν όλο και περισσότερα qubits, όμως αυτό τους κάνει και πιο επιρρεπείς στα σφάλματα. Γι’ αυτό, οι ερευνητές θεωρούν ότι οι προσεγγίσεις ανθεκτικές στα σφάλματα είναι η μόνη βιώσιμη πορεία για το μέλλον των κβαντικών υπολογιστών, και η καλύτερη κατανόησή τους είναι κρίσιμη.
Ο Proctor λέει ότι το σημείο καμπής για την κβαντική υπολογιστική θα έρθει όταν τα λογικά qubits, που χρησιμοποιούνται στην ανθεκτική στα σφάλματα κβαντική υπολογιστική, φτάσουν υψηλότερες βαθμολογίες QUOPS από τα συμβατικά qubits. Μετά από αυτό, ο στόχος θα είναι να εξισωθούν οι βαθμολογίες τους με χρήσιμους αλγορίθμους.
Η κβαντική υπολογιστική ίσως αντιμετωπίζει κρίση αναπαραγωγιμότητας
Η νέα αυτή δουλειά λειτουργεί ως έλεγχος πραγματικότητας, λέει ο Sam Stanwyck από τη Nvidia, η οποία συνεργάστηκε στο εγχείρημα. Ο Stanwyck σημειώνει ότι η χρήση αυτού του λογισμικού θα μπορούσε να βοηθήσει τους ερευνητές να δουν πώς αλλάζουν οι βαθμολογίες QUOPS με μικρές τροποποιήσεις στον σχεδιασμό των κβαντικών υπολογιστών τους, επιταχύνοντας τον δρόμο προς υψηλότερες βαθμολογίες και μεγαλύτερη χρησιμότητα.
«Τέτοια benchmarks είναι πολύ χρήσιμα αυτή τη στιγμή», λέει ο Wolfgang Mauerer από το Technical University of Applied Sciences Regensburg στη Γερμανία. Υποστηρίζει ότι κβαντικοί υπολογιστές με qubits πολύ διαφορετικά από εκείνα που εξετάστηκαν στη νέα εργασία θα μπορούσαν επίσης να αξιολογηθούν με βάση τις βαθμολογίες QUOPS, ώστε να δοθεί μια καλύτερη εικόνα της συνολικής κατάστασης της βιομηχανίας της κβαντικής υπολογιστικής.
Ωστόσο, η βαθμολογία και ο ρυθμός QUOPS δύσκολα θα είναι ο τελικός λόγος για το τι κάνει έναν κβαντικό υπολογιστή πραγματικά ισχυρό, λέει. Καθώς η τεχνολογία εξελίσσεται, μπορεί να αναδυθούν νέα στοιχεία των μηχανών που θα αποδειχθούν κρίσιμα. «Το τι είναι πραγματικά η υπολογιστική ισχύς στην κβαντική υπολογιστική δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητό, και αυτό δεν μπορεί να αποτυπωθεί σε αυτό το benchmark», λέει ο Maurer.
arXiv DOI: 10.48550/arXiv.2609.12146
Το παρόν κείμενο δημιουργήθηκε με τη χρήση τεχνητής νοημοσύνης.
