В 2019 году Google планирует провести соревнование вычислительных машин и сравнить производительность своего 72-кубитного чипа Bristlecone с возможностями суперкомпьютера НАСА Pleiades. ИТ-гигант планирует показать, что квантовое превосходство достижимо. Под катом — подробнее о тестах и возможных сложностях, с которыми столкнутся в компании.


/ фото JD Hancock CC BY

Пара слов о квантовом превосходстве

Квантовое превосходство — условный момент времени, когда квантовые компьютеры научатся решать некоторые вычислительные задачи намного быстрее классических систем. К таким задачам, например, относят перебор ключей SHA-256.

Теоретическую возможность квантового превосходства в октябре этого года доказали Сергей Бравый из IBM Research, Дэвид Госсет (David Gosset) из Университета Ватерлоо и Роберт Кениг (Robert Konig) из Мюнхенского института. Свое исследование они опубликовали в журнале Science, в котором показали, что при определенных условиях квантовая машина способна обогнать классическую вычислительную систему.

Хотя теоретическая возможность квантового превосходства была доказана, на практике этого сделать пока не удалось. В следующем году Google планируют исправить это «недоразумение».

Суть эксперимента Google

Чтобы доказать гипотезу о квантовом превосходстве, Google совместно с НАСА сравнят возможности нового 72-кубитного чипа Google с кодовым названием Bristlecone и суперкомпьютера Pleiades, который занимает 24 место в Top500 самых мощных вычислительных систем мира (5,95 петафлопс).

Классические системы пока что превосходят по производительности прототипы квантовых машин, эффективно симулируя работу квантовых цепей. Квантовый чип Google и суперкомпьютер НАСА произведут серию тестовых вычислений. Если чипу Bristlecone удастся превзойти Pleiades, то организации смогут заявить о достижении квантового превосходства.


/ фото NASA PD

Эксперимент проведут на платформе Google Cloud API, так как разместить эти две машины в одном помещении не получится. При этом для работы Bristlecone необходимо соблюдать ряд условий: например, температура окружающей среды должна быть близкой к абсолютному нулю.

Первые результаты тестов представят в июле 2019 года. Представители Google уверены, что Bristlecone сумеет достичь квантового превосходства. ИТ-гигант возлагает надежды на свои эффективные алгоритмы вычислений и механизмы коррекции ошибок, которые берут в расчет «хрупкость» кубитов, разрушающихся под воздействием внешней среды.

Почему эксперимент Google может провалиться

В мае ученые компании Alibaba опубликовали исследование (PDF), в котором утверждают, что о квантовом превосходстве можно говорить только тогда, когда число ошибок в вычислениях квантовых компьютеров будет равняться нулю. Даже если машина считает быстрее, в этом нет никакого смысла без правильного результата. А эти ошибки непременно возникают при записи (и считывании) данных в кубиты из-за разрушения их квантового состояния. Чем больше кубитов, тем выше шанс, что они начнут вносить в работу друг друга помехи.

Достигнуть нулевого значения пока никому не удалось. У того же Bristlecone процент ошибок составляет 0,6%. И хотя в Google уверены, что этого достаточно, на практике все может оказаться иначе.

Отметим, что в мире ведется разработка нескольких проектов, которые должны помочь в создании эффективных механизмов коррекции ошибок в квантовых компьютерах. К примеру, Себастиан Криннер (Sebastian Krinner) из Швейцарской высшей технической школы Цюриха предложил объединить несколько «простых» кубитов в один логический, уменьшив их количество. Но для практической реализации этой технологии потребуются годы разработок.

Другие пытаются решить задачу за счет уменьшения энтропии и объединения нескольких квантовых систем в одну большую. Например, в блоге мы рассказывали об исследователях из Университета штата Пенсильвания и их концепции демона Максвелла, а также о телепортации квантовых вентилей, которую продемонстрировали ученые Йельского университета.

Но даже если удастся реализовать достаточно эффективные механизмы коррекции ошибок для квантовых компьютеров, возникает еще одна сложность. Вычислительная мощность классических суперкомпьютеров не стоит на месте. Разрабатываются все более мощные системы, поэтому даже если у Google получится превзойти Pleiades, в будущем классические машины могут вновь превзойти квантовые.


/ фото IBM Research CC BY-ND

Вклад других компаний

Одной из компаний, которая участвует в квантовой гонке, является Intel. Из последних достижений компании — компьютер с 49 кубитами. Согласно дорожной карте, в ближайшие 5–7 лет ИТ-гигант планирует построить 1000-кубитную систему.

В компании предполагают, что с таким количеством кубитов превосходство квантовых компьютеров над традиционными обеспечено. Однако есть те, кто считает, что для этого понадобится машина с числом кубитов не менее миллиона.

Другая компания, работающая в этой области — стартап Rigetti. В октябре его представители объявили о награде в миллион долларов тому, кто докажет превосходство системы с кубитами над классическим компьютером.

Чтобы подстегнуть исследования, компания разработала облачный сервис для создания и запуска квантовых алгоритмов, доступный всем желающим. Специалисты Rigetti ожидают, что эксперименты с облаком и квантами положительно скажутся на развитии обеих технологий.

---

P.S. Пара статей из нашего корпоративного блога:

• Как IaaS помогает развивать бизнес: три задачи, которые решит облако
• Бессерверные вычисления в облаке — тренд современности или необходимость?

P.P.S. Материалы из нашего Telegram-канала об IaaS и не только:

• Почему разработчики ядра Linux угрожали удалить свой код
• Как разместить 100% инфраструктуры в облаке
• Как выбрать IaaS-провайдера