A kvantumfölény, vagy inkább kvantumelsőbbség elérése az egyik jelenlegi célja a kvantumszámítógépeken futtatott programokkal való kísérleteknek: ilyen módon bizonyítják a kutatók, hogy a kvantumszámítógépek sokkal gyorsabban és hatékonyabban tudnak megoldani komplex számításokat, amelyekkel a hagyományos gépek nehezen, vagy egyáltalán nem boldogulnának. Mikor a Google 2019-ben először bejelentette a kvantumelsőbbség elérését, a becsléseik szerint az általuk elvégzett számítás a legerősebb szuperszámítógépnek 10 000 évébe telt volna. Később az IBM vitatta ugyan ezt a kijelentést, de a kísérletek azóta is zajlanak a kvantumrendszerek előnyeinek igazolására.

Kínai kutatók, Csien-Vej Pan, a Kínai Tudományos és Műszaki Egyetem professzorának vezetésével két esetben is alátámasztották a sejtéseket, miszerint bizonyos mintavételezési eljárásokat a kvantumszámítógépekkel olyan rövid idő alatt lehet megoldani, ami messze felülmúlja a klasszikus módszereket, egy 2020 decemberében a Science-en publikált tanulmány szerint pedig egy speciális, kifejezetten a kvantumszámítógépek hatókörébe tartozónak vélt számítást, az úgynevezett Gaussian bozon mintavételezést olyan gyorsan lehet a kvantumgépeken lefuttatni, aminek a klasszikus algoritmusok a nyomába sem érnek. A Csiucsang kvantumszámítógép prototípus 200 másodperc alatt futtatta le a programot, ami, a becslések szerint, 600 millió évig tartott volna a Fugakunak, ami jelenleg a legnagyobb teljesítményű szuperszámítógép a világon.

A Gaussian mintavétel a fotonok útjának előrejelzéséről szól, amit a bozonok szétszóródása után igyekeznek meghatározni: ez a bozon mintavételezés egyik, fotonokra vonatkoztatott verziója. A bozon mintavételezés modelljét Scott Aaronson és Alex Arkhipov alkotta meg 2011-ben azzal a céllal, hogy a kvantumszámítások hatékonyságát mérjék: a lényege, hogy egy lineáris interferométerben az útjukról eltérített, szétszórt bozonok érkezési helyét megbecsüljék, vagyis a valószínűségi elosztást próbálják meghatározni. A fotonok fénytörő lencséken keresztül haladva bonyolult utat járnak be a berendezésben, aminek komplexitását tovább növeli a tény, hogy a részecskék az összefonódás állapotába is kerülhetnek. A hálózat áttekintése és a végső kimeneti értékek becslése a hagyományok szerint a kvantumszámítógépek számára sokkal könnyebb feladatot jelent, sőt, a klasszikus módszerekkel akár megoldhatatlan probléma is lehet, legalábbis a modell megalkotói így gondolták.

A Csien-Vej Pan vezette kísérletre válaszul lefolytatott vizsgálat, amelyet a Bristol Egyetem, az Oxford, az Imperial College London és a Hewlett-Packard Enterprises szakértői végeztek el, viszont (részben) cáfolta ezt az elképzelést és bizonyította, hogy a megfelelő módszerekkel a klasszikus számítógépek is felvehetik a versenyt a kvantumprogramokkal. A kutatók módszere az egyszerűsítésen alapult: felmérték, hogy melyek azok a részek a Gaussian bozon mintavételezési folyamatot megoldó számításokban, amelyeket hatékonyabbá lehet tenni matematikai módszerekkel. A fotonok útját leíró hálózatban felfedezett minták és más egyszerűsítések segítségével olyan algoritmust hoztak létre, amivel jelentősen lerövidült a feladat elvégzésének ideje,

ezzel a módszerrel két és fél hónap (73 nap) alatt sikerült a végére érni a mintavételnek egy százezer magos szuperszámítógépen.

A 73 nap ugyan jelentősen több, mint a Csiucsang által elért 200 másodperc, de a becsült 600 millió évnél mégis nagyságrendekkel kevesebb, emellett a százezer magos számítógép messze nem a legerősebb a jelenleg elérhető példányok közül, a Fugaku például körülbelül 7,5 millió magos.

A kísérlet eredményének igazi jelentősége viszont nem is annyira a klasszikus számítógépek hatékonyságának bizonyítása vagy növelése, hanem annak pontosabb meghatározása, hogy hol az a pont, ahol meg lehet húzni a kvantumelsőbbség határát, vagyis mikor lehet kijelenteni, hogy a kvantumszámítógépek képességei valóban utolérhetetlenül meghaladták a hagyományos módszereket. A tanulmány szerzői szerint ez létfontosságú a kvantumgépek előnyeinek felmérésében, és az algoritmusok referenciapontként szolgálhatnak azoknál a kísérleteknél, amelyek a jövőben a kvantumelsőbbség elérését célozzák.

"A klasszikus számítógépek, legalább még egy darabig, visszavághatnak"

- mondta Aaronson, a bozon mintavételezési modell egyik megalkotója a tanulmány kapcsán - "Ezek a fajta fejlesztések azt üzenik a kísérleteket végzőknek, hogy jobban kell igyekezniük, ha a kvantumelsőbbségüket meg akarják őrizni és fejleszteni a jövőben."

(APS Physics, Fotó: Getty Images/gorodenkoff)

A világ leggyorsabb MI szuperszámítógépét építi meg a Facebook anyavállalata a metaverzum létrehozásához A szuperszámítógép a Meta szerint arra is képes lesz, hogy több száz nyelv között fordítson valós időben, ezzel eltörölve a nyelvi akadályokat a virtuális valóságban.