Komputery kwantowe mają ogromne mżliwości, ale wcale nie muszą wygrać z klasycznymi
Piotr Mazurkiewicz
Od kilku lat komputery kwantowe uważane są za kolejną generację sprzętu, która zrewolucjonizuje rynek dzięki znacznie większym możliwościom obliczeniowym. Ich rozwój napotyka jednak na bariery, jak konieczność chłodzenia w ekstremalnie niskich temperaturach czy spory margines błędów. Co więcej, zgodnie z nową teorią naukowców z New York University klasyczne komputery mogą czasami przewyższać komputery kwantowe dzięki nowym algorytmom, co podważa pogląd, że kwant zawsze zwycięży.
Badacze odkryli, że klasyczne komputery mogą w pewnych okolicznościach dotrzymać kroku komputerom kwantowym, a nawet je przewyższyć. Wystarczy przyjąć nową metodę algorytmiczną, by klasyczne komputery uzyskały wzrost szybkości i dokładności, co może oznaczać, że nadal mają przed sobą świetlaną przyszłość.
Klasyczny komputer kontra kwantowy
Wielu ekspertów uważa, że obliczenia kwantowe stanowią zmianę paradygmatu w stosunku do obliczeń klasycznych. Dzieje się tak przede wszystkim dlatego, że, jak wiadomo, klasyczne komputery przetwarzają informacje przy użyciu bitów cyfrowych (0 i 1), podczas gdy komputery kwantowe używają bitów kwantowych (kubitów) do przechowywania informacji o wartościach z zakresu od 0 do 1. Zdolność ta umożliwia komputerom kwantowym przetwarzanie i przechowywanie informacji w kubitach oraz pozwala algorytmom kwantowym osiągać lepsze wyniki od klasycznych odpowiedników.
Jednocześnie komputery kwantowe są delikatne i podatne na utratę informacji. Co więcej, nawet jeśli informacja zostanie zachowana, przekształcenie jej w klasyczną informację niezbędną do praktycznych obliczeń nie jest łatwe.
Klasyczne komputery nie mają problemów z utratą i przekazem informacji, co zdarza się w przypadku komputerów kwantowych. Ponadto można zaprojektować klasyczne algorytmy tak, aby wykorzystać te wyzwania i stymulować tradycyjny komputer przy użyciu znacznie mniejszych zasobów, niż wcześniej sądzono — wyjaśnia zespół naukowców w artykule opublikowanym w PRX Quantum.
Wyniki badania wskazują, że klasyczne komputery mogą wykonywać szybsze i dokładniejsze obliczenia niż najnowocześniejsze komputery kwantowe. Tego przełomu dokonano dzięki algorytmowi, który przechowuje tylko część informacji przechowywanych w stanie kwantowym – i to w ilości wystarczającej do dokładnego obliczenia wyniku.
– Ta praca pokazuje, że istnieje wiele potencjalnych dróg ulepszenia obliczeń, obejmujących zarówno podejście klasyczne, jak i kwantowe – wyjaśnia Dries Sels, adiunkt na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Nowojorskiego i jeden z autorów artykułu. – Co więcej, nasza praca pokazuje, jak trudno jest osiągnąć przewagę kwantową za pomocą podatnego na błędy komputera kwantowego – dodaje.
Jak kompresowanie zdjęcia
W tym celu Sels i jego współpracownicy skupili się na sieci tensorowej, która jak uważają, dokładnie odzwierciedla interakcje między kubitami. Praca z tymi sieciami była trudna, ale najnowsze postępy w tej dziedzinie umożliwiają obecnie optymalizację tych sieci przy użyciu narzędzi zapożyczonych z wnioskowania statystycznego.
Sceptycy zauważają jednocześnie, że nowa metoda skupia się tylko na najważniejszych informacjach i ignoruje resztę. Z kolei naukowcy porównują ją do kompresowania zdjęcia do pliku JPEG. Podobnie jak kompresja zdjęcia zmniejsza rozmiar pliku, nie czyniąc go niezrozumiałym. W tym celu ich technika upraszcza problem obliczeń kwantowych, tak aby zwykły komputer mógł sobie z nim poradzić wydajniej.
– Wybór różnych struktur sieci tensorowej odpowiada wyborowi różnych form kompresji, na przykład różnych formatów obrazu – mówi Joseph Tindall z Flatiron Institute, który kierował projektem. – Z sukcesem opracowujemy narzędzia do pracy z szeroką gamą różnych sieci tensorowych. Ta praca to odzwierciedla i jesteśmy pewni, że wkrótce jeszcze bardziej podniesiemy poprzeczkę w zakresie obliczeń kwantowych — dodaje, cytowany przez Interesting Engineering .
