Bereits 2019 gab Google stolz bekannt, dass sie das erreicht hatten, wonach Quantencomputing-Forscher jahrelang gesucht hatten: den Beweis, dass die esoterische Technik die traditionellen übertreffen kann. Aber diese Demonstration der „Quantenüberlegenheit“ wird von Forschern in Frage gestellt, die behaupten, Google auf einem relativ normalen Supercomputer überholt zu haben.
Um es klar zu sagen, niemand sagt, dass Google gelogen oder seine Arbeit falsch dargestellt hat – die sorgfältige und bahnbrechende Forschung, die 2019 zur Ankündigung der Quantenüberlegenheit führte, ist immer noch enorm wichtig. Aber wenn dieses neue Papier richtig ist, ist der Wettbewerb zwischen klassischem und Quantencomputer immer noch jedermanns Sache.
Sie können die vollständige Geschichte darüber, wie Google Quanten von der Theorie in die Realität gebracht hat, im Originalartikel lesen, aber hier ist die sehr kurze Version. Quantencomputer wie Sycamore sind in nichts besser als klassische Computer, mit der möglichen Ausnahme einer Aufgabe: der Simulation eines Quantencomputers.
Es klingt wie ein Ausweg, aber der Sinn der Quantenüberlegenheit besteht darin, die Machbarkeit der Methode zu zeigen, indem man auch nur eine hochspezifische und seltsame Aufgabe findet, die sie besser kann als selbst der schnellste Supercomputer. Denn das bringt den Quantenfuß in die Tür, um diese Aufgabenbibliothek zu erweitern. Vielleicht werden am Ende alle Aufgaben quantitativ schneller sein, aber für Googles Zwecke im Jahr 2019 war es nur eine, und sie zeigten sehr detailliert, wie und warum.
Jetzt hat ein Team der Chinesischen Akademie der Wissenschaften unter der Leitung von Pan Zhang ein Papier veröffentlicht, in dem eine neue Technik zur Simulation eines Quantencomputers beschrieben wird (insbesondere bestimmte Rauschmuster, die er ausgibt), die anscheinend einen winzigen Bruchteil der für klassische Computer geschätzten Zeit in Anspruch nimmt Berechnung dazu im Jahr 2019.
Da ich weder Experte für Quantencomputer noch Professor für statistische Physik bin, kann ich nur eine allgemeine Vorstellung von der Technik geben, die Zhang et al. Gebraucht. Sie stellten das Problem als großes 3D-Netzwerk von Tensoren dar, wobei die 53 Qubits in Sycamore durch ein Knotengitter dargestellt und 20 Mal extrudiert wurden, um die 20 Zyklen darzustellen, die die Sycamore-Tore im simulierten Prozess durchliefen. Die mathematischen Beziehungen zwischen diesen Tensoren (jeder ein eigener Satz von zusammenhängenden Vektoren) wurden dann unter Verwendung eines Clusters von 512 GPUs berechnet.
Eine Illustration aus Zhangs Artikel, die eine visuelle Darstellung des 3D-Tensor-Arrays zeigt, mit dem sie die Quantenoperationen von Sycamore simulierten. Bildnachweis: Pan Zhang et al.
In Googles Originalpapier wurde geschätzt, dass die Durchführung dieser Simulationsskala auf dem damals leistungsstärksten Supercomputer (Summit at Oak Ridge National Laboratory) etwa 10.000 Jahre dauern würde – obwohl, um es klar zu sagen, das ihre Schätzung für 54 Qubits war 25 Zyklen; 53 Qubits, die 20 machen, sind erheblich weniger komplex, würden aber nach ihrer Schätzung immer noch in der Größenordnung von einigen Jahren liegen.
Zhangs Gruppe behauptet, es in 15 Stunden geschafft zu haben. Und wenn sie Zugang zu einem richtigen Supercomputer wie Summit hätten, könnte es in wenigen Sekunden erledigt sein – schneller als Sycamore. Ihre Arbeit wird in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht; hier nachlesen (PDF).
Diese Ergebnisse müssen von denjenigen, die sich mit solchen Dingen auskennen, noch vollständig überprüft und repliziert werden, aber es gibt keinen Grund zu der Annahme, dass es sich um eine Art Fehler oder Scherz handelt. Google räumte sogar ein, dass der Staffelstab einige Male hin- und hergereicht werden könnte, bevor die Vorherrschaft fest etabliert ist, da es unglaublich schwierig ist, Quantencomputer zu bauen und zu programmieren, während klassische Computer und ihre Software ständig verbessert werden. (Andere in der Quantenwelt waren anfangs skeptisch gegenüber ihren Behauptungen, aber einige sind direkte Konkurrenten.)
Google bot den folgenden Kommentar an, in dem der Fortschritt hier anerkannt wurde:
In unserem Papier von 2019 sagten wir, dass sich klassische Algorithmen verbessern würden (tatsächlich erfand Google 2017 die hier verwendete Methode für die Zufallsschaltungssimulation und 2018 und 2019 die Methoden, um Treue gegen Rechenkosten einzutauschen) – aber der entscheidende Punkt ist dieses Quantum Technologie verbessert sich exponentiell schneller. Wir glauben also, dass dieser klassische Ansatz trotz erheblicher Verbesserungen in den letzten Jahren nicht mit Quantenschaltkreisen im Jahr 2022 und darüber hinaus mithalten kann.
Als Quantenwissenschaftler der University of Maryland Dominik Hangleiter sagte Wissenschaftist dies keineswegs ein blaues Auge für Google oder ein KO-Schlag für Quanten im Allgemeinen: „Das Google-Experiment hat getan, was es tun sollte, dieses Rennen starten.“
Google könnte durchaus mit neuen eigenen Behauptungen zurückschlagen – es hat auch nicht stillgestanden. Aber die Tatsache, dass es sogar wettbewerbsfähig ist, ist eine gute Nachricht für alle Beteiligten; dies ist ein spannender Computerbereich, und Arbeiten wie die von Google und Zhang legen weiterhin die Messlatte für alle höher.