Az IBM 2021-ben mutatta be Eagle nevű kvantumprocesszorát, ami 127 qubitos architektúrájával a cég addigi legnagyobb teljesítményű kvantumchipje volt, bár azóta már megjelent a következő, még erőteljesebb utód, a 433 qubitos Osprey is. Az Eagle nagyközönség előtti prezentálása idején az IBM vezérigazgatója, Arvind Krishna szemléletes példával illusztrálta a processzor erejét: magyarázata szerint ennyi kvantumbit már elegendő ahhoz, hogy csak egy, a Földnél is nagyobb számítógép versenyezhetne vele teljesítmény tekintetében. Krishna hozzátette ugyan, hogy a chip képességei nem jelentik azt, hogy bármilyen számítási probléma megoldható a segítségével, és a kvantumelsőbbséget sem igyekeztek elérni vele, de az érzékletes leírás egyértelműen arra utalt, hogy a kvantumszámítógépek és szuperszámítógépek versenyében előbbieknek egyre jobb esélyük van a nyerésre. Már ha egyáltalán létezik ilyen verseny.

Ahogy azt a szakértők gyakran hangsúlyozzák, a kvantumszámítógépek nem kifejezetten abból a megfontolásból készülnek, hogy véget vessenek a klasszikus, tehát bitekkel dolgozó számítási rendszerek karrierjének, inkább speciális feladatokra lesznek alkalmazhatóak, például arra, hogy kvantumos jelenségeket szimuláljanak vagy egyelőre megoldhatatlanul bonyolult számításokat végezzenek, amelyekben a komplexitás exponenciálisan nő. A számítógépek klasszikus és a kvantum típusai tehát akár békésen is élhetnek egymás mellett, különböző módokon segítve a kutatók munkáját.

A kvantumelsőbbség, aminek elérését először a Google jelentette be 2019-ben, azt jelenti, hogy ezt a határt átlépve a kvantumszámítógépek olyan számításokat is meg tudnak oldani, amelyre a klasszikus komputerek nem, vagy csak rendkívül hosszú idő (akár évek) alatt lennének képesek, de ennek jelentősége az IBM szerint nem olyan nagy, mint amilyennek tűnik. Igaz, hogy a fejlesztésekben elért szintet reprezentálja, de nem elsődleges fontosságú, mivel a kétféle számítógéptípus eltérő funkciói egymást kiegészítve, illetve más-más területen tudnak majd jól működni.

Ennek ellenére nemrégen éppen az IBM kutatói rendeztek meg egy kvantumszámítógép-klasszikus számítógép mérkőzést, aminek során az Eagle processzort és a Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratórium szuperszámítógépét, a Corit, valamint a Purdue Egyetem Anvil szuperszámítógépét versenyeztették egymással. A feladatot egy egyre nehezedő számításokat tartalmazó fizikai szimuláció jelentette, amelynek során először mindig a kvantumgép válaszait kapták meg, majd az Eagle-lel alkalmazott módszereket a klasszikus számítógép úgynevezett brute force metódusával vetették össze és ellenőrizték, melyik adja a pontosabb eredményeket. A verseny kimenetele meglepő, de tulajdonképpen mégsem az: a beszámoló szerint a kvantumprocesszor jobban teljesített és minden alkalommal helyes választ adott.

Ha kvantumszámítógépek fejlesztésének terén elért közelmúltbeli eredményeket vesszük figyelembe, az Eagle elsőbbsége nem váratlan, elvégre speciális feladatok elvégzése során (mint amilyen a mintavételezési probléma megoldása) már több ízben is bizonyították a kutatók a kvantumbitekkel végzett számítások gyorsaságát, de az is igaz, hogy a kvantumszámítógépek jelenleg még távol állnak attól, hogy tökéletesen működjenek. A jelen kvantumos architektúráit NISQ-nak nevezik (noisy intermediate-scale quantum), azaz a zajos, köztes-méretű számítógépek kategóriájába tartoznak és ahhoz, hogy megbízhatóan működjenek, vagyis a zajos környezetben is pontosan kiolvashatóak legyenek kvantumbitek, további javításokra van szükség, konkrétan hatékony zajcsökkentési és kvantum-hibajavítási technikákra. Az IBM azonban a verseny kimenetelét a NISQ működőképességének jeleként értékeli és úgy gondolják, hogy az eredmény bizonyíték rá, hogy a zajos kvantumszámítógépek hamarabb válhatnak valóban hasznos eszközzé, mint ahogy azt eddig sejtették.

Az Eagle teljesítményét egy újfajta hibakezelési módszer segítette elő, ami valójában nem hibajavítás, hanem hibamérséklés, amelyek során "az áramkörök együttesének kimeneti eredményeit használják, hogy csökkentsék vagy megszüntessék a zaj hatását a várható értékek előrejelzése során" - az IBM magyarázata szerint. Egyike ezeknek a módszereknek a zajszűrős fülhallgatók technológiájához hasonlóan működik, azonban a hátránya, hogy alkalmazása sok időt vesz igénybe, cserébe viszont növeli a számítások pontosságát. A most alkalmazott hibamérséklési metódus a korábban kifejlesztett PEC-re (Probabilistic Error Cancellation) épül: ennek lényege, hogy egy alapvető zajmodellt létrehozva gyakorlatban tanulhatják meg, hogy egy-egy újabb kapu beillesztése az áramkörbe hogyan szünteti meg vagy fokozza a zajt, majd ebből kiindulva a ZNE (Zero Noise Extrapolation) módszer révén becsülik meg, hogyan nézne ki egy számítás a zaj zavaró hatása nélkül.

A versenyben használt kvantum Ising-modellel a szuperszámítógépek és a kvantumszámítógép is jó eredményeket értek el egy bizonyos pontig, de az igazán komplex feladatoknál a ZNE módszerrel végzett számítások hatékonyabban tűntek. Az eredménnyel kapcsolatban a kutatók azért is fogalmaznak óvatosan, mert egy ponton túl a válaszok pontosságát már nem tudják ellenőrizni.

"Bár nem tudjuk bizonyítani, hogy a válaszok helyesek voltak, az Eagle sikerei a kísérlet előző fázisaiban reményt adnak arra, hogy azok voltak."

- írta az IBM - "A munka lényege, hogy most már tudjuk az Eagle mind a 127 kvantumbitjét használni arra, hogy jelentős nagyságú és mélységű áramköröket futassunk és az eredmények pontosak legyenek."

(Fotó: IBM, NERSC)