IBM Quantenprozessor schließt Millionen-Stichproben-Aufgabe in 19 Sekunden ab
Ein US-Forscherteam nutzte IBMs Nighthawk r2 Quantenprozessor, um eine Million zufällige Quantenschaltkreis-Stichproben in nur 19 Sekunden zu erzeugen. Schätzungen zufolge würde ein Supercomputer 110 Jahre für dieselbe Aufgabe benötigen.
Ein US-amerikanisches Forscherteam von BlueQubit hat den Nighthawk r2 Quantenprozessor von IBM für ein Experiment zur zufälligen Quantenschaltkreis-Stichprobenentnahme genutzt. Dabei wurden in nur 19 Sekunden eine Million Stichproben generiert. Die Forscher schätzen, dass die Nachbildung dieser Aufgabe auf einem Supercomputer wie Frontier etwa 110 Jahre dauern würde. Geleitet wurde das Experiment von Tigran Sedrakyan, einem Physiker für kondensierte Materie bei BlueQubit.
Der Nighthawk r2 ist ein supraleitender Quantenprozessor mit 120 Qubits, der über die Cloud-Plattform von IBM zugänglich ist. Das Team verwendete 61 Qubits und führte zunehmend komplexe zufällige Quantenschaltkreise für bis zu 40 Zyklen aus. Der optimale Punkt wurde bei 36 Zyklen und 918 Zwei-Qubit-Gates erreicht.
Die Bedeutung des Experiments liegt nicht nur in der Geschwindigkeit der Stichprobengenerierung, sondern darin, dass die Ergebnisse einer spezifischen Wahrscheinlichkeitsverteilung entsprechen müssen, die vom Quantenschaltkreis erzeugt wird. Dies ist eine für klassische Computer bekannte schwierige Aufgabe. Die zufällige Quantenschaltkreis-Stichprobenentnahme (Random Circuit Sampling, RCS) ist eine Benchmark-Aufgabe zur Messung der Fähigkeiten von Quantenprozessoren.
Zur Schätzung des Rechenaufwands für einen klassischen Computer nutzten die Forscher Methoden zur Tensornetzwerk-Kontraktion. Die Berechnungen ergaben, dass die Erzeugung einer Million Stichproben etwa 1,2 × 10²⁷ Rechenoperationen erfordern würde. Mit dem Frontier-Supercomputer, dessen Spitzenleistung über 10¹⁸ Operationen pro Sekunde liegt, wird die Aufgabe auf 110 Jahre geschätzt. Diese Schätzung basiert jedoch auf einem spezifischen klassischen Simulationsalgorithmus.
Die Forscher validierten die Ergebnisse mit Methoden wie "getrimmten" Quantenschaltkreisen und Spiegelungs-Schaltkreisen. Obwohl RCS keine direkte Produktionsanwendung darstellt, unterstreicht das Experiment die Fähigkeiten kommerzieller Quantenprozessoren, die über Cloud-Plattformen zugänglich sind. Die Ergebnisse wurden als Vorabdruck auf arXiv veröffentlicht.