১৯ সেকেন্ড বনাম এক শতাব্দীর সুপারকম্পিউটিং

কোয়ান্টাম শ্রেষ্ঠত্ব (quantum advantage) মানে দেখানো যে একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটার এমন একটি কাজ করতে পারে, যা কোনো প্রথাগত সুপারকম্পিউটার যুক্তিসংগত সময়ে শেষ করতে পারে না। মানক পরীক্ষা হলো এলোমেলো-সার্কিট নমুনায়ন (random-circuit sampling): কয়েক ডজন কিউবিটে এলোমেলোভাবে বাছাই করা কোয়ান্টাম গেটের একটি ধারা প্রয়োগ করা, তারপর সেগুলো মাপা। ফল হলো ০ ও ১-এর স্ট্রিংয়ের একটি স্রোত, যা এমন একটি সম্ভাবনা বণ্টন থেকে আসে যা পুনরুৎপাদন করতে প্রথাগত কম্পিউটারের বিপুল কষ্ট হয়।

একটি গুরুত্বপূর্ণ কথা: এই কাজের কোনো ব্যবহারিক উপযোগিতা নেই। এটি একটি বেঞ্চমার্ক — কাঁচা গণনাশক্তি মাপার একটি স্টপওয়াচ।

দুই পক্ষেই এক দৌড়

Sycamore প্রসেসর ৫৩টি কিউবিট নিয়ে দৌড় শুরু করে, তারপর আসে Zuchongzhi 2.0 ও 2.1, ৬৭ কিউবিটের Sycamore, এবং ৮৩টি সক্রিয় কিউবিটের Zuchongzhi 3.0। অন্য পক্ষে, প্রথাগত অ্যালগরিদম ক্রমাগত উন্নত হয়েছে এবং এই পরীক্ষাগুলো পুনরুৎপাদনের খরচ কয়েক মাত্রাক্রম কমিয়েছে। তাই প্রতিটি দাবিকে ঠিক কোন প্রথাগত কাজের সঙ্গে তুলনা করা হচ্ছে, তা স্পষ্ট করে বলতে হয়।

এতদিন এই সব প্রদর্শন হয়েছে নিবেদিত পরীক্ষাগার যন্ত্রে, যা উপলক্ষ অনুযায়ী যত্ন নিয়ে টিউন করা হতো।

ক্লাউডে ভাড়া নেওয়া একটি প্রসেসর

স্টার্টআপ BlueQubit (সান ফ্রান্সিসকো)-এর একটি দল, EPFL ও XPRIZE ফাউন্ডেশনের সহকর্মীদের সঙ্গে, একটি IBM Nighthawk r2 প্রসেসর ব্যবহার করেছে: ১২ × ১০ বর্গাকার গ্রিডে ১২০টি অতিপরিবাহী কিউবিট। তারা এটি ব্যবহার করেছে ক্লাউডের মাধ্যমে, IBM-এর মানক Qiskit টুল দিয়ে, এবং কোনো বিশেষ ক্রমাঙ্কন ছাড়াই। লেখকেরা IBM-এর নন: তারা IBM-এর স্টার্টআপ কর্মসূচির মাধ্যমে যন্ত্রটি ব্যবহার করেছেন এবং জানিয়েছেন যে তাঁদের মতামত IBM-এর নয়।

তারা ৬১টি কিউবিট ব্যবহার করেছেন — ক্রমাঙ্কন তথ্যের কারণে তিনটি বাদ দেওয়া হয়েছে — যেগুলো ১০২টি কাপলার দিয়ে যুক্ত।

ফলাফল সরাসরি যাচাই করা অসম্ভব: প্রথাগত কম্পিউটার ঠিক এটিই পারে না। তাই দলটি সার্কিটের বিশ্বস্ততার (fidelity) দুটি স্বাধীন অনুমান ব্যবহার করেছে:

একটি “আয়না” পরীক্ষা: একটি সার্কিট চালানো, তারপর তার হুবহু বিপরীত সার্কিট, এবং দেখা যে কিউবিটগুলো শুরুর অবস্থায় ফেরে কি না — কোনো সিমুলেশন লাগে না;
একটি “টুকরো” পরীক্ষা: সার্কিটকে সিমুলেট করার মতো ছোট ৩ বা ৪টি টুকরোয় কেটে প্রতিটি টুকরো যাচাই করা।

সংখ্যাগুলো

দুটি অনুমান মাপা প্রতিটি গভীরতায় মিলে যায়।
চক্রপ্রতি বিশ্বস্ততা: ০.৮৭২, প্রথম প্রজন্মের Nighthawk r1-এ যা ছিল ০.৮৩৬ — ৩২ থেকে ৪০ চক্রের পর দশ গুণেরও বেশি ভালো।
তুলনাবিন্দু: ৩৬টি চক্র, ৯১৮টি দুই-কিউবিট গেট, প্রায় ০.০০২৩ বিশ্বস্ততা। ১৯ সেকেন্ডে দশ লক্ষ নমুনা সংগ্রহ করা হয়েছে।
প্রথাগত উপায়ে মাত্র একটি আউটপুট সম্ভাবনা হিসাব করতে লাগে প্রায় ১০²² অপারেশন — Frontier সুপারকম্পিউটারের প্রায় দুই দিন।
একই দশ লক্ষ নমুনা প্রথাগত উপায়ে তৈরি করা: প্রায় ১.২ × ১০²⁷ অপারেশন, অর্থাৎ Frontier-এ প্রায় ১১০ বছর।
পুরো পরীক্ষায় প্রায় ১১ মিনিট কোয়ান্টাম কম্পিউটারের সময় লেগেছে।
জানা প্রথাগত “কারচুপি” — স্কোর নকল করতে সার্কিটকে টুকরো করা — মাপা স্কোরের চেয়ে অন্তত দশ গুণ পিছিয়ে থাকে।

খুঁটিনাটি শর্ত

১১০ বছর হলো একটি নির্দিষ্ট প্রথাগত অ্যালগরিদমের জন্য অনুমান, কোনো পরম সীমা নয়। এটি অসীম মেমরি ধরে নেয়, যা প্রথাগত পক্ষের অনুকূলে যায়। অন্য পদ্ধতি — অনেক সম্ভাবনার মধ্যে কাজ পুনর্ব্যবহার, আনুমানিক সিমুলেশন — খরচ কমাতে পারে। আর লেখকেরা লিখেছেন, এই বেঞ্চমার্কের ইতিহাস বলে এদের কয়েকটি তা করবেই।

যে-কেউ আবার চালাতে পারেন এমন একটি বেঞ্চমার্ক

লেখকদের মতে, এটি একটি বাণিজ্যিক, ব্যাপকভাবে সুলভ প্রসেসরে মানক এলোমেলো-সার্কিট নমুনায়নে কোয়ান্টাম শ্রেষ্ঠত্বের প্রথম প্রদর্শন, যা বেশিরভাগ অ-বিশেষজ্ঞ ব্যবহারকারী পুনরুৎপাদন করতে পারেন। সার্কিট, তথ্য — দশ লক্ষ নমুনা-সহ — এবং কোড উন্মুক্ত।