القضية ضد ادعاءات جوجل بـ “التفوق الكمي”

ورقة 2019″”https://www.nature.com/articles/s41586-019-1666-5″> التفوق الكمي باستخدام معالج فائق التوصيل قابل للبرمجة”أكد أن الكمبيوتر الكمي Sycamore من Google، الذي يحتوي على 53 كيوبت وعمق 20، أجرى عملية حسابية محددة في حوالي 200 ثانية. وفقًا لتقديرات Google، سيتطلب الكمبيوتر العملاق الكلاسيكي المتطور ما يقرب من 10000 عام لإكمال نفس الحساب.

كانت تجربة Google مكونة من عنصرين رئيسيين:

1. “مطالبات الإخلاص”: تأكيدات بشأن دقة العينات التي ينتجها الكمبيوتر الكمي.
2. “مطالبات التفوق”: التأكيدات التي ترجمت الإخلاص إلى قدر من المزايا على الحساب الكلاسيكي.

هناك أسباب وجيهة للتشكيك في هذين الادعاءين في سياق تجربة جوجل لعام 2019. ومن وجهة نظري فإن هذه الادعاءات قد تعكس أخطاء منهجية خطيرة وليس واقعاً علمياً موضوعياً. لا أوصي بالتعامل مع مطالبات Google السابقة أو المستقبلية كأساس متين لقرارات صنع السياسات.

فيما يلي مراجعة موجزة للقضية المرفوعة ضد ادعاءات جوجل بالتفوق الكمي لعام 2019:

أ) تأكيدات “التفوق”: تقدير خاطئ لوقت التشغيل الكلاسيكي

أ.1) كانت المطالبات المتعلقة بأوقات التشغيل الكلاسيكية متوقفة بمقدار 10 أوامر من حيث الحجم.

أ.2) علاوة على ذلك، كان فريق جوجل على علم بوجود خوارزميات كلاسيكية أفضل. لقد طوروا خوارزميات كلاسيكية أكثر تعقيدًا لفئة واحدة من الدوائر، ثم قاموا بعد ذلك بتغيير نوع الدوائر المستخدمة في “إظهار التفوق” قبل أسابيع قليلة من التجربة النهائية.

أ.3) تنص ورقة Google لعام 2019 على ما يلي: “وهكذا وصلت المعالجات الكمومية إلى نظام التفوق الكمي. ونتوقع أن تستمر قوتهم الحسابية في النمو بمعدل أسي مضاعف.” ومن المدهش أن نواجه مثل هذا الادعاء الاستثنائي في ورقة علمية.

ب) تأكيدات “الإخلاص”: تنبؤات غير معقولة إحصائياً تشير إلى عيوب منهجية

تعتمد ورقة جوجل على أمر بسيط للغاية بداهة التنبؤ بالإخلاص على أساس معدلات الخطأ للمكونات الفردية. (الصيغة (77).)

ب.1) الاتفاق بين بداهة التنبؤ والإخلاص المقدر الفعلي غير قابل للتصديق إحصائيًا (“جيد جدًا لدرجة يصعب تصديقها”): من غير المرجح أن تتفق إخلاصات العينات من مئات الدوائر في حدود 10-20٪ مع صيغة بسيطة تعتمد على مضاعفة إخلاصات المكونات الفردية. في رأيي، يشير هذا إلى وجود عملية تحسين معيبة من الناحية المنهجية، مثل تلك الموضحة في البند ج.

ب.2) قدم فريق Google تفسيرًا إحصائيًا لهذه الاتفاقية بناءً على ثلاثة مقدمات. الفرضية الأولى هي أن دقة المكونات الفردية تصل إلى ±20%. الفرضية الثانية هي أن عدم الاستقرار هذا بنسبة ±20% غير متحيز. الفرضية الثالثة هي أن كل هذه الإخلاصات للمكونات الفردية مستقلة إحصائيا. هذه المقدمات غير معقولة وتتعارض مع العديد من النتائج التجريبية الأخرى.

ب.3) اعتبارًا من الآن، لم يصدر فريق Google معدلات الخطأ للمكونات الفردية. (ومؤخرًا، في مايو 2023، وعدوا “بالضغط” من أجل هذه البيانات). ويعزز تحليل البيانات الجزئية المقدمة لأخطاء القراءة هذه المخاوف.

ج) عملية المعايرة: دليل على التحسين العالمي غير الموثق

وفقًا لمقالة جوجل، تم إجراء المعايرة قبل إجراء تجارب الدوائر العشوائية واستندت إلى سلوك الدوائر ذات 1 و2 كيوبت. تضمنت هذه العملية تعديل تعريفات البوابات الواحدة والبوابتين لتتماشى مع كيفية عمل الكمبيوتر الكمي.

ج.1) تشير الأدلة الإحصائية إلى أن عملية المعايرة كانت معيبة من الناحية المنهجية عالمي عملية التحسين. (ينطبق هذا القلق حتى على تأكيدات جوجل بشأن دقة أصغر الدوائر ذات الـ 12 كيوبت).

ج.2) كما تدعم الأدلة غير الإحصائية هذا الادعاء. على سبيل المثال، خلافًا للوصف الذي قدمه فريق Google، تم الكشف عن أنهم قدموا نسخة معايرة قديمة (للدوائر التجريبية) لعلماء مركز أبحاث Jülich المشاركين في التجربة. تم تعديل هذه المعايرة لاحقًا بعد إجراء التجربة. (وينعكس هذا التناقض أيضًا في أ”https://youtu.be/-ZNEzzDcllU?si=-CiGRIUn3rz7Sc0m”> تم إصدار الفيديو بواسطة جوجل وخاصة بين”https://youtu.be/-ZNEzzDcllU?si=fTVx-zCzXVLRtKG3&t=133″>2:13-3:07.)

ج.3) ولم يكشف فريق جوجل عن برامج المعايرة الخاصة به، مشيرًا إليها باعتبارها سرًا تجاريًا. ولأسباب فنية، لم يتمكنوا أيضًا من مشاركة الملف المدخلات لبرنامج المعايرة، على الرغم من أنهم وعدوا بالقيام بذلك في التجارب المستقبلية، وهو الوعد الذي لم يتم الوفاء به بعد.

“27584” البيانات-الرابط الثابت=”https://gilkalai.wordpress.com/2024/12/09/the-case-against-googles-claims-of-quantum-supremacy-a-very-short-introduction/google-slide13-2/” data-orig-file=”https://gilkalai.wordpress.com/wp-content/uploads/2024/12/google-slide13.webp” البيانات الأصلية الحجم=”1024,560″ البيانات-التعليقات-فتحت=”1″ بيانات-صورة-ميتا=”{“aperture”:”0″,”credit”:””,”camera”:””,”caption”:””,”created_timestamp”:”0″,”copyright”:””,”focal_length”:”0″,”iso”:”0″,”shutter_speed”:”0″,”title”:””,”orientation”:”0″}” بيانات-صورة-عنوان=”google-slide13″ وصف البيانات-الصورة-البيانات-الصورة-التسمية التوضيحية-البيانات-المتوسطة-ملف=”https://gilkalai.wordpress.com/wp-content/uploads/2024/12/google-slide13.webp?w=300″ ملف البيانات الكبير=”https://gilkalai.wordpress.com/wp-content/uploads/2024/12/google-slide13.webp?w=640″ سرك=”https://gilkalai.wordpress.com/wp-content/uploads/2024/12/google-slide13.webp” البديل=”google-slide13″ العرض=”549″ الارتفاع=”300″ >

شريحة من محاضرتي لعام 2019 “”https://youtu.be/p18P1y8GD9U?si=1nNQmHGFgdxTAln1″>عرض التفوق الكمي لـ Google”(“https://gilkalai.wordpress.com/2019/12/27/the-google-quantum-supremacy-demo/”> آخر)، يسلط الضوء على معدلات الخطأ للبوابات ثنائية الكيوبت”https://s0.wp.com/latex.php?latex=e_g&bg=ffffff&fg=333333&s=0&c=20201002” البديل=”e_g”> لم يتم توفيرها بعد من قبل فريق Google اعتبارًا من اليوم (ديسمبر 2024).

د) مقارنة جوجل مع آي بي إم

على حد علمنا، هناك فجوة كبيرة (لصالح جوجل) بين ما يمكن أن تحققه أجهزة الكمبيوتر الكمومية من شركة IBM – والتي تعد في بعض النواحي أكثر تقدمًا من أجهزة الكمبيوتر الكمومية من جوجل – في أخذ عينات الدوائر العشوائية وما تدعي جوجل، حتى بالنسبة للدوائر ذات 7-12 كيوبت. ورغم أن المرء قد يزعم أن أجهزة جوجل أو فريقها أفضل بكل بساطة، فمن وجهة نظري فإن هذه الفجوة تعكس على الأرجح مشاكل منهجية في تجارب جوجل.

هـ) (عدم) اعتماد اقتراحات للتحكم بشكل أفضل

وفي مناقشاتنا مع فريق Google، أيدوا العديد من اقتراحاتنا للتجارب المستقبلية التي تهدف إلى تحسين التحكم في جودة تجاربهم. ومع ذلك، من الناحية العملية، لم تنفذ التجارب اللاحقة أيًا من هذه الاقتراحات. علاوة على ذلك، فإن بنية هذه التجارب اللاحقة تجعل التحقق منها أكثر صعوبة مقارنة بتجربة 2019. بالإضافة إلى ذلك، على عكس تجربة 2019، فإن البيانات الخاصة بتجربة أخذ عينات من الدوائر العشوائية اللاحقة لا تتضمن السعات المحسوبة للدوائر التجريبية، مما يزيد من تعقيد الجهود المبذولة لتدقيق النتائج.

و) استنتاجي الشخصي

ينبغي التعامل مع ادعاءات Google Quantum AI (بما في ذلك تلك المنشورة) بحذر، وخاصة تلك ذات الطبيعة غير العادية. قد تنبع هذه الادعاءات من أخطاء منهجية كبيرة، وبالتالي قد تعكس توقعات الباحثين أكثر من الواقع العلمي الموضوعي. لا أوصي بالتعامل مع مطالبات Google السابقة أو المستقبلية كأساس متين لقرارات صنع السياسات.

ز) ملاحظات

ز.1) تم دحض ادعاءات سيادة جوجل (من بحث 2019) في سلسلة من الأبحاث من قبل عدة مجموعات. بدأ هذا بالعمل الذي قام به باحثو IBM Pednault et al. بعد وقت قصير من نشر بحث Google الأصلي، واستمرت الدراسات التي أجراها بان وتشانغ؛ بان وتشن وتشانغ. كالاتشيف، بانتيلييف، ويونغ؛ جاو وآخرون؛ ليو وآخرون؛ وعدة مجموعات أخرى. لمزيد من التفاصيل، انظر”https://gilkalai.wordpress.com/2021/03/10/amazing-feng-pan-and-pan-zhang-announced-a-way-to-spoof-classically-simulate-the-googles-quantum-supremacy-circuit/”> هذه المشاركة وقسم التعليقات المرتبط به أيضًا”https://gilkalai.wordpress.com/2022/08/06/ordinary-computers-can-beat-googles-quantum-computer-after-all/”> هذه المشاركة.

ز.2) تعترف جوجل الآن أنه باستخدام طريقة تقلص الشبكة الموترة، يمكن حساب نتيجة 53 كيوبت لعام 2019 بشكل كلاسيكي في أقل من 200 ثانية. ومع ذلك، في ورقتهم الأحدث 2023/24، “مرحلة التحولات …” (انظر الجدول 1)، يزعمون أنه مع وجود 67 إلى 70 كيوبت، فإن أجهزة الكمبيوتر العملاقة الكلاسيكية ستتطلب سنوات عديدة لتوليد مليون سلسلة بت من هذا القبيل، حتى مع تقلص الشبكة الموترة.

ز.3) يسلط العنصران B) وC) الضوء على المشكلات المنهجية المتعلقة بتأكيدات دقة Google، حتى بالنسبة للدوائر ذات 12 كيلوبت. تستمر هذه المخاوف بشكل مستقل عن السؤال الأوسع المتمثل في التفوق الكمي للدوائر الأكبر، حيث يتم أخذ تأكيدات الدقة على محمل الجد.

ز.4) للحصول على رؤية أكثر شمولاً لدراستنا لادعاءات الإخلاص في جوجل، راجع الأوراق التالية:

• ي. رينوت، ت. شوهام، ج. كالاي،”https://gilkalai.wordpress.com/wp-content/uploads/2022/08/sts836.pdf”>الجوانب الإحصائية لإثبات التفوق الكمي، (2020) العلوم الإحصائية (2022)
• ج. كالاي، ي. رينوت، وت. شوهام،”https://gilkalai.wordpress.com/wp-content/uploads/2022/10/cc22a19.pdf”>”ltr” الدور=”presentation”>مطالبات “التفوق الكمي” لعام 2019 من Google: البيانات والتوثيق والمناقشة (2022) (انظر”https://gilkalai.wordpress.com/2022/10/07/the-google-supremacy-experiment-data-information-discussions-and-three-questions/”> هذه المشاركة).
• ج. كالاي، ي. رينوت، وت. شوهام،”https://arxiv.org/abs/2305.01064″>أسئلة ومخاوف حول مطالبة Google بالتفوق الكمي (2023) (انظر”https://gilkalai.wordpress.com/2023/05/31/questions-and-concerns-about-googles-quantum-supremacy-claim/”> هذه المشاركة).
• ج. كالاي، ي. رينوت، وت. شوهام،”https://arxiv.org/abs/2404.00935″>أخذ عينات من الدوائر العشوائية: توسيع فورييه وإحصائياته. (2024) (انظر”https://gilkalai.wordpress.com/2024/04/02/random-circuit-sampling-fourier-expansion-and-statistics/”> هذه المشاركة)

تصف هذه الأوراق مشروعًا مستمرًا مع يوسي رينوت وتومر شوهام، بدعم من أوهاد ليف وكارستن فولكمان. ونخطط بالتعاون مع كارستن لتوسيع دراستنا وتطبيق أدواتنا على تجارب أخرى. بالإضافة إلى ذلك، راجع ورقتي السابقة:

• ج. كالاي،”https://gilkalai.wordpress.com/wp-content/uploads/2020/08/laws-blog2.pdf”>الحجة ضد أجهزة الكمبيوتر الكمومية، وقوانين الطبيعة الكمومية، وادعاءات سيادة جوجل، (2020) القوانين الأكاديمية العابرة للقارات: الصلابة والديناميكية (MJ Hannon and EZ Rabinovici، eds.)، العالم العلمي، 2024. أرخايف:2008.05188.

ز.5) هناك أيضًا أدلة داعمة لادعاءات جوجل لعام 2019، مثل تكرار عام 2020 من قبل مجموعة من جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين (USTC) والتحقق لاحقًا من بعض تقديرات دقة جوجل.

ز.6) هناك بعض المخاوف الإضافية فيما يتعلق بتجربة Google. على وجه الخصوص، هناك تناقضات إشكالية بين البيانات التجريبية، ونموذج جوجل للضوضاء، وعمليات المحاكاة.

ز.7) في رأيي، التحدي الرئيسي الحالي للحوسبة الكمومية التجريبية هو تحسين جودة البوابات ثنائية الكيوبت والمكونات الأخرى، بالإضافة إلى دراسة جودة الدوائر الكمومية بعناية في نظام 5-20 كيوبت. تعتبر تجارب تصحيح الخطأ الكمي للدوائر الأكبر مهمة أيضًا.

ح) الضجيج والبيتكوين

أنا عادة لا أمانع في وصف “الضجيج” باعتباره انعكاساً لحماس العلماء لأعمالهم وحماس الجمهور للمساعي العلمية. ومع ذلك، في حالة جوجل، هناك ما يبرر بعض الحذر، لأن المطالبات المبكرة في عام 2019 ربما كانت لها عواقب وخيمة. على سبيل المثال، بعد إعلان “السيادة” عام 2019،”https://gilkalai.wordpress.com/wp-content/uploads/2022/08/bc666.png”> انخفضت قيمة البيتكوين (حوالي 24 أكتوبر 2019، بعد فترة من الاستقرار) من حوالي 9500 دولار إلى حوالي 8500 دولار في أيام قليلة فقط، وهو ما يمثل خسارة للمستثمرين تزيد عن عشرة مليارات دولار. (تبلغ القيمة اليوم حوالي 100 ألف دولار). بالإضافة إلى ذلك، ربما فرضت تأكيدات جوجل تحديات غير واقعية على جهود الحوسبة الكمومية الأخرى وشجعت ثقافة المنهجيات العلمية غير المرغوب فيها.

“27644” البيانات-الرابط الثابت=”https://gilkalai.wordpress.com/2024/12/09/the-case-against-googles-claims-of-quantum-supremacy-a-very-short-introduction/bnp5/” data-orig-file=”https://gilkalai.wordpress.com/wp-content/uploads/2024/12/bnp5.png” البيانات الأصلية الحجم=”1287,821″ البيانات-التعليقات-فتحت=”1″ بيانات-صورة-ميتا=”{“aperture”:”0″,”credit”:””,”camera”:””,”caption”:””,”created_timestamp”:”0″,”copyright”:””,”focal_length”:”0″,”iso”:”0″,”shutter_speed”:”0″,”title”:””,”orientation”:”0″}” بيانات-صورة-عنوان=”BNP5″ وصف البيانات-الصورة-البيانات-الصورة-التسمية التوضيحية-البيانات-المتوسطة-ملف=”https://gilkalai.wordpress.com/wp-content/uploads/2024/12/bnp5.png?w=300″ ملف البيانات الكبير=”https://gilkalai.wordpress.com/wp-content/uploads/2024/12/bnp5.png?w=640″ سرك=”https://gilkalai.wordpress.com/wp-content/uploads/2024/12/bnp5.png” البديل=”BNP5″ العرض=”446″ الارتفاع=”284″ >

سيرجيو بويكسو وهارتموت نيفين وجون بريسكيل في مقطع فيديو “س القفزة القادمة الرائعة: عشرة سبتيليون سنة تتجاوز الكلاسيكية”

I) التحديث (10 ديسمبر): الريح في الصفصاف

بالأمس، جوجل الكم AI”https://blog.google/technology/research/google-willow-quantum-chip/”> أعلن أن حاسوبهم الكمي “Willow” “أجرى عملية حسابية معيارية قياسية في أقل من خمس دقائق والتي قد تستغرق أحد أسرع أجهزة الكمبيوتر العملاقة اليوم 10 سيبتيليون (أي 10 ^ 25) سنة.” بقدر ما أعرف لا توجد ورقة مع التفاصيل. أعلن فريق Google AI أيضًا عن ظهوره طبيعة من ورقتهم الأخيرة حول رموز السطح للمسافة 5 والمسافة 7. تم التأكيد على أن رموز المسافة 7 تظهر تحسنًا بمقدار 2.4 مقارنة بالكيوبتات المادية. نسبة التحسن Λ من المسافة 5 إلى المسافة 7 هي 2.14. (لقد ذكرنا ذلك في منشور في أغسطس بعد أ”https://gilkalai.wordpress.com/2024/08/21/five-perspectives-on-quantum-supremacy/#comment-99295″> تعليق بواسطة فان تينغ.)

لم ندرس بعد هذه الادعاءات المحددة من Google Quantum AI، ولكن استنتاجي العام ينطبق عليها “يجب التعامل مع ادعاءات Google Quantum AI (بما في ذلك المنشورة) بحذر، ولا سيما تلك ذات الطبيعة غير العادية. قد تنبع هذه الادعاءات من أخطاء منهجية كبيرة، وبالتالي قد تعكس توقعات الباحثين أكثر من الواقع العلمي الموضوعي. (ترتبط نقاط الخلاف المحددة لدينا بتجارب التفوق الأحدث التي أجرتها شركة Google، ولكنها لا تتعلق بشكل مباشر بتجربة تصحيح الأخطاء الكمومية.)

هناك لطيفة إيجابية للغاية”https://scottaaronson.blog/?p=8525″> مشاركة مدونة عبر SO حول التطورات الجديدة حيث كتب سكوت: “إلى جانب نتيجة Google الجديدة والتي لا جدال فيها، أبلغت كل من IBM وQuantinuum وQuEra وUSTC جميعًا عن تجارب أخذ عينات الدوائر العشوائية التي حققت نتائج جيدة.” بالنسبة لي، تعد الفجوة بين Google وIBM for RCS سببًا إضافيًا جديًا لعدم أخذ تأكيدات Google على محمل الجد (البند د)، وإذا كنت مخطئًا، فسأقوم بتصحيح الأمر بكل سرور.