IBM-ov kvantni procesor zadatak od 110 godina riješio za samo 19 sekundi

Kvantna računala često se opisuju velikim obećanjima, ali njihova se stvarna vrijednost najbolje vidi kroz vrlo konkretne pokuse. U novom testu IBM-ov procesor Nighthawk r2 proizveo je milijun uzoraka složenog kvantnog izračuna za samo 19 sekundi. Istraživači procjenjuju da bi za oponašanje istog zadatka na klasičnom superračunalu bilo potrebno oko 110 godina.

Rezultat je dobiven postupkom koji se naziva nasumično uzorkovanje sklopova. U njemu se kvantni bitovi, odnosno kubiti, podvrgavaju nizu operacija koje se biraju gotovo nasumično. Na kraju se mjere nizovi nula i jedinica. Samo stvaranje uzoraka nije najveći problem; mnogo je teže klasičnim računalom izračunati raspodjelu vjerojatnosti koja bi proizvela iste rezultate.

Nighthawk r2 ima 120 kubita, no istraživači su u pokusu koristili 61. Kubite su povezali u sklopove koji su sadržavali do 40 ciklusa operacija. Najzanimljiviji rezultat postignut je pri 36 ciklusa, kada je sklop sadržavao 918 dvo-kubitnih vrata. Procesor je tada proizveo milijun uzoraka u 19 sekundi.

Važno je da pokus nije izveden samo na posebno pripremljenoj laboratorijskoj opremi. Nighthawk r2 dostupan je korisnicima kroz IBM-ovu računalnu platformu u oblaku, a tim je koristio standardni tijek rada bez posebne kalibracije prilagođene baš ovom testu. To bi moglo biti važno za buduće usporedbe jer rezultat nije vezan samo uz uređaj kojem pristupa nekolicina stručnjaka.

Brojka od 110 godina ipak nije doslovna granica za sva klasična računala. Procjena se temelji na metodi koja se koristi za simulaciju kvantnog sklopa, a klasični računalni znanstvenici poznati su po tome da pronalaze učinkovitije algoritme i prečace. Zato istraživači ne tvrde da klasično računalo nikada neće moći ponoviti izračun, nego da je u ovom konkretnom mjerilu kvantni procesor znatno ispred.

Još jedno ograničenje jest činjenica da rezultat zasad dolazi iz pretpublikacije koja nije prošla punu stručnu recenziju. Autori su ipak objavili sklopove, uzorke i kod za analizu kako bi druge skupine mogle provjeriti nalaz. Takva otvorenost bit će važna jer se kvantna prednost ne dokazuje jednom atraktivnom brojkom, nego ponovljivim pokusima.

Ovaj test zato nije najava da će kvantna računala sutra zamijeniti osobna ili poslovna računala. Riječ je o demonstraciji da komercijalno dostupni kvantni hardver može u određenim, vrlo specijaliziranim zadacima proizvesti rezultate koje je klasičnim metodama iznimno teško simulirati. Prava će vrijednost biti jasnija kada se slična prednost pokaže u problemima iz kemije, materijala, logistike ili drugih područja koja imaju izravnu praktičnu korist.

Ovakav pokus ne znači da je kvantno računalo općenito brže u svemu. Za pisanje dokumenta, pretraživanje interneta ili obradu fotografije današnja klasična računala i dalje su praktičnija, jeftinija i pouzdanija. Kvantni uređaji rade u vrlo osjetljivim uvjetima, a njihovi kubiti lako gube kvantno stanje zbog šuma iz okoline. Zbog toga je potrebno razvijati korekciju pogrešaka i arhitekture koje mogu izvesti mnogo više stabilnih operacija.

Nasumično uzorkovanje sklopova korisno je kao mjerilo jer brzo raste složenost simulacije. Ipak, ono nije samo po sebi poslovni problem koji bi riješio neku svakodnevnu potrebu. Više nalikuje stres-testu za procesor: pokazuje koliko sustav može izdržati duboke sklopove i koliko dobro kontrolira kubite. Sljedeći korak za industriju bit će pronaći zadatke u kojima se takva sposobnost može pretvoriti u novu kemiju, bolji materijal ili učinkovitiji model.

Najzanimljiviji dio ovog rezultata zato nije samo dramatična usporedba 19 sekundi i 110 godina. Važnije je to što je eksperiment izveden putem javno dostupnog oblaka, pa ga druge skupine mogu pokušati ponoviti. Ako se procjena potvrdi i ako se pronađe korisna primjena, kvantno računalstvo moglo bi se postupno premjestiti iz laboratorijskih demonstracija prema specijaliziranim alatima dostupnima istraživačima i tvrtkama.