Квантовий комп’ютер IBM виконав за 19 секунд завдання, на яке суперкомп’ютеру знадобилося б 110 років

Квантовий процесор IBM Nighthawk r2 згенерував мільйон результатів складної випадкової квантової схеми всього за 19 секунд. За підрахунками дослідників, відтворити той самий результат одним із класичних методів симуляції на суперкомп’ютері Fron­tier знадобилося б приблизно 110 років безперервної роботи. Автори експерименту називають це демонстрацією квантової обчислювальної переваги, хоча робота поки що існує лише у форматі препринту й не пройшла рецензування.

Експеримент провела команда компанії Blue­Qubit на комерційно доступному процесорі IBM Nighthawk r2, відомому також як ibm_phoenix. Принципова відмінність від попередніх подібних демонстрацій — відсутність спеціально створеного лабораторного заліза чи налаштування під конкретний тест. Усі обчислення запускалися через стандартну хмарну платформу IBM Quan­tum, доступну будь-якому користувачу.

Nighthawk r2 містить 120 програмованих надпровідних кубітів, розміщених у двовимірній решітці. В експерименті задіяли 61 із них та 102 з’єднання між ними. IBM характеризує цей процесор як найшвидший зі своїх загальнодоступних: завдяки системі швидкого скидання кубітів він здатен виконувати понад 100 тисяч квантових схем на секунду. Дослідники поступово збільшували глибину схем від 4 до 40 циклів — найцікавішим виявився варіант із 36 циклами, що містив 918 двокубітних операцій CZ. Саме для нього процесор і видав мільйон зразків за 19 секунд.

Для оцінки класичного еквівалента квантову схему представили у вигляді тензорної мережі та розрахували вартість її згортання. Для схеми з 61 кубіта й 36 циклів обчислення однієї точної амплітуди вимагало б порядку 10²² комплексних операцій. З урахуванням мільйона необхідних результатів загальна оцінка сягнула приблизно 1,2 × 10²⁷ машинних операцій — що й відповідає тим самим 110 рокам роботи Fron­tier.

Проте порівняння 19 секунд і 110 років не є універсальним показником переваги квантових машин над класичними. Оцінка стосується конкретної схеми й конкретного методу симуляції. Автори самі визнають, що існують інші підходи — наближені методи, матричні тензорні алгоритми — які потенційно здатні суттєво скоротити необхідний час. Показовий прецедент: після заяви Google про перевагу процесора Sycamore у 2019 році нові алгоритми класичної симуляції скоротили тоді оцінений розрив на багато порядків.

Важливо й те, що подібний тест не вирішує жодної прикладної задачі — він не моделює молекулу ліків, не оптимізує логістику й не розраховує властивості матеріалів. Він спеціально сконструйований для порівняння квантових і класичних можливостей. Автори публікують схеми, результати вимірювань і код оцінки складності, щоб інші дослідники могли спробувати знайти швидший класичний спосіб розв’язання задачі.

Тим не менш результат фіксує важливий момент: серійний комерційний квантовий процесор, доступний через хмару, впорався зі спеціально підібраною задачею в режимі, для якого найкращий відомий варіант класичної симуляції потребує астрономічних ресурсів. Це перша подібна демонстрація на стандартному залізі, відкритому для сторонніх користувачів.