古典的なコンピューティングが最新の量子スマックダウンでカウンターパンチを継続

ダグ・イードライン著

2023 年 8 月 23 日

量子コンピューティングが進歩するにつれて、量子超越性の達成に関する発表が定期的に行われます。量子超越性とは、量子コンピューター (QC) が古典的なコンピューターよりもはるかに速くいくつかのサンプルアルゴリズムを完成させるテストです。量子超越性に関する優れた Q&A は、Scott Aaronson のブログにあります。

公表された結果の1つは2019年に行われた。この場合、Googleが開発した量子コンピュータ（Googleの53量子ビットSycamoreチップ）は、当時のスーパーコンピューティングハードウェアで再現するには1万年かかると同社が主張するような性能を発揮していた。。使用された具体的な問題は、量子コンピューターにおけるゲートと量子ビットのランダムなシーケンスの出力をシミュレートすることでした。完全に自己参照のように聞こえますが、1 と 0 のシーケンスは量子ビットのランダムな動作を通じて導出されていますが、研究者が確認できる特定の種類のランダムな結果を示しています。

これに応じてIBMは、オークリッジにあるSummitスーパーコンピューター上の250ペタバイトのストレージが実際にGoogleのSycamoreチップの量子状態ベクトル全体を保存できると主張する論文を発表した。この構成では、状態ベクトル全体 (すべて 250 ペタバイト) をブルートフォースで更新することにより、同じ結果を約 2.5 日で計算できます。

ただし、ほんの一握りの量子ビットを追加するだけで、QC に関して乗り越えられないリードが再び確立されます。 Google などが 53 量子ビットから 55 量子ビットにアップグレードした場合、Summit の 250 ペタバイトのストレージ容量を超えるには十分です。 60 量子ビットでは、33 のサミットが必要になりますが、誰が数えているのでしょうか?

この例では、QC が腕を上げて祝福しながらコーナーに戻ると、古典的なアプローチは立ち上がり、次のラウンドの準備を整えます。

研究者らは2021年の論文で、Googleはプロセッサの予想される動作を計算する非常に特殊な方法を選択したが、同等の計算を行う方法は他にもあると指摘した。結果が公開されて以来、いくつかの従来のオプションでより優れたパフォーマンスの結果が報告されています。一例として、Feng Pan、Keyang Chen、Pan Zhang は論文の中で、GPU ベースのクラスターがわずか 15 時間で QC 実行と同じ結果を生成できるようにする具体的な方法について説明しました。研究者らは、GPU を搭載したスーパーコンピューター (Summit など) を使用してこの問題を実行すると、Sycamore 量子プロセッサーを上回るパフォーマンスが得られると指摘しました。

今年（2023年）6月、IBMは重要なQC結果をNature誌に発表した。今回、研究者らは特別な種類のランダム性を作り出す代わりに、127量子ビットIBM Eagleプロセッサーを使用して、磁場内での127個の磁性量子サイズ粒子の挙動をシミュレートするイジングモデルとして知られるモデルを計算した。この問題には、実際には、強磁性、反強磁性、液体と気体の相転移、タンパク質の折り畳みなど、現実世界での価値があります。 127 量子ビットにエンコードすると、最大の古典的コンピューターでも問題を保持するのに十分なメモリが不足するため、速度ではなくスケールの量子超越性が現れます。

IBM チームは、量子ノイズを軽減するために興味深いアプローチを使用し、より実用的な結果を生み出しました。研究者らは実際にさらに多くのノイズを導入し、プロセッサの回路の各部分への影響を正確に記録しました。研究者らは、このデータを使用して、ノイズがなければ計算がどのようになるかを推定することができました。

IBM の結果は、古典的なコンピューティングの真の肝試しのように見えましたが、ノックアウトを引き起こすほどではありませんでした。発表から 2 週間以内に、フラットアイアン研究所計算量子物理学センターの研究者たちはこの課題に立ち向かいました。彼らはその結果に関する論文を事前に公開しており、「テンソルネットワークアプローチを採用することにより、量子デバイスによって得られた結果よりもはるかに正確な古典的シミュレーションを実行できる」と報告しています。彼らはまた、シミュレーションでは「控えめな計算リソース」が使用されたとも述べました。

トミスラフ・ベグシッチ氏の最近のプレプリントでも負けず劣らず、カリフォルニア工科大学のガーネット・キンリック・チャン氏は次のように述べています。シミュレーション」