Forever is a day

Спустя месяц после первых сообщений о том, что исследователям Google удалось достичь “квантового превосходства” над классическими компьютерами, суммирующая их находки статья опубликована в открытом доступе. Правда, перед тем ее пришлось срочно отзывать и дополнять, а все потому, что конкуренты из IBM, почуяв угрозу одной из немногих областей, где “голубой гигант” еще может похвастаться пребыванием на “кровоточащем острие” инноваций, объявили, что достижение гугловцев отнюдь не так впечатляюще, каким может показаться.

Так, гугловские разработчики квантового компьютера декларируют, что чистое время работы их процессора из 53 кубитов составило всего 30 сек, а в целом на три миллиона актов “пробоотбора” ГСЧ (с надежностью 0.2%) ушло 600 сек. Как уверяют авторы, для “бенчмаркинга” квантовой системы классическими методами на быстрейшем в мире суперкомпьютере Summit с надежностью, превышающей 1%, потребуется около года, а на серверах Google те же действия по алгоритму Шрёдингера-Фейнмана отняли бы 50 трлн ядро-часов и примерно петаватт электроэнергии.

Сотрудники исследовательского центра IBM имени Томаса Уотсона оперативно откликнулись на это утверждение

и предложили радикально изменить подход к используемому Google для малоутешительной оценки алгоритму. Именно, в предположении, что квантовую цепь удается “раскроить” на подсегменты, каждый из которых доступен для независимого анализа, а запутывание при этом не страдает (что подтверждается дальнейшей рекомбинацией подсетей), и итеративно зафиксировать состояния некоторых индексов тензорной сети, промежуточные результаты — кто бы мог подумать? — гораздо удобнее скидывать на вторичный накопитель, а не держать в оперативной памяти.

“Нарезка” квантовых сетей производится так, чтобы все гейты в пределах подсети взаимодействовали с локальным “сечением” квантового состояния, но передачи информации о квантовом состоянии по коммуникационным узлам не требовалось, иначе как в ситуации, когда симуляция переключается между подсетями. Когда же связь все-таки осуществляется, и происходит “общение” процессорных узлов, положение тензоров квантового состояния в памяти реорганизуется так, чтобы выбирать различные глобальные и локальные кубиты, отвечающие индексам тензора, а в промежутках результирующие “выкройки” подсетей записываются на быстродействующий (пускай и медленный по сравнению с оперативной памятью) накопитель. Минимизация межузлового взаимодействия позволяет рекурсивно нарезать подсети еще на один уровень вложенности, и так далее. Допустима агрегация квантовых гейтов в k-кубитные кластеры, представляемые унитарными матрицами размерности

Она применяется для того, чтобы нормализовать вычисления по наборам гейтов и сделать их в известной мере устойчивыми к погрешностям деталей конструкции индивидуальных гейтов.

Хотя полномасштабной симуляции на суперкомпьютере Summit сотрудники IBM не проводили, а отталкивались от ранее опубликованных данных по классическим симуляциям квантовых цепей и собственных бенчмарков компании, примененные ими методики экстраполяции и оценки предположительного времени работы системы выглядят довольно убедительно. При этом получается, что основательная оптимизация алгоритма “пробоотбора” квантовой цепи позволяет сократить время работы классической машины уровня Summit до нескольких дней вместо тысячелетий, как в победном коммюнике генштаба Google. Авторы не исключают и дальнейшего продвижения в этом направлении.

Следовательно, хотя гугловцами и была выбрана для демонстрации квантового превосходства весьма специфичная задача, над оптимизацией которой классическими методами прежде особо не трудились, понадобился лишь месяц напряженного мозгового штурма высокооплачиваемых экспертов, не боящихся рекурсии и трат на более ёмкие диски, чтобы разница между быстрым (полиномиальным) и медленным решениями практически стерлась. Возможно, время покажет, есть ли здесь какая-то связь с распространенной техникой отсева на собеседованиях по айтишным вакансиям, когда рекрутер бодишопа, работающего с Google или Facebook, предлагает неприятным кандидатам классическую задачу вычисления факториала и торжествующе морщится при виде харамного рекурсивного решения.

LoadedDice