تتميز الكمبيوترات الكمومية بقدرتها على تنفيذ بعض المهام بسرعات فائقة، تفوق في حالات معينة سرعة الكمبيوترات التقليدية بملايين المرات، وهذا ما يُعرف بالتفوق الكمومي. في أكتوبر 2019، أعلنت جوجل تحقيق هذا التفوق باستخدام كمبيوترها الكمومي "سيكامور" (Sycamore)، الذي تمكن من إجراء عملية أخذ عينات عشوائية من الدوائر الكمومية، مُنتجاً حوالي 3 ملايين عينة في حوالي 600 ثانية. وقدّرت جوجل أن أقوى الكمبيوترات التقليدية الفائقة ستستغرق حوالي 10,000 سنة لإنجاز المهمة نفسها بنفس الدقة.
أجرىفريق من الباحثين الصينيين، بقيادة علماء من جامعة العلوم والتكنولوجيا الصينية، دراسة لمحاكاة عملية أخذ العينات العشوائية من الدوائر الكمومية التي استخدمتها جوجل، باستخدام 1432 وحدة معالجة رسومية (GPUs) من نوع NVIDIA A100. اعتمد الباحثون على خوارزميات مُحسّنة لتحدي الادعاء بأن ما أنجزته جوجل يُعد تفوقاً كمومياً، مُظهرين أن الكمبيوترات التقليدية يمكن أن تنفذ المهمة نفسها بكفاءة عالية وزمن أقل في ظروف معينة.
استخدم الباحثون شبكات التنسور (Tensor Networks) لتمثيل الدوائر الكمومية، وهي شبكة من المصفوفات متعددة الأبعاد (تنسورات) يمكن إجراء العمليات الحسابية عليها لمحاكاة عمل الدوائر الكمومية. كما استخدموا تقنيات التجزئة (Slicing Techniques) لتقسيم شبكة التنسور إلى شبكات فرعية أصغر يمكن معالجتها بشكل مستقل، مما يتيح توزيع العمليات الحسابية على وحدات الـGPU. وأخيراً، استخدموا طريقة "Top-k" لاختيار جزء من العينات الناتجة ذات الاحتمالية الأعلى لتتوافق مع مخرجات الدوائر الكمومية الحقيقية. وصل الباحثون إلى درجة موثوقية مقبولة، إذ أصبحت نتائج المحاكاة أقرب إلى توزيع النتائج الحقيقية، مما يشير إلى تحسّن في دقة المحاكاة عن الدراسات السابقة.
وبعد تشغيل المحاكاة لكامل كمبيوتر "سيكامور"، الذي يتكون من 53 كيوبت و20 طبقة من البوابات الكمومية، حصلوا على 3 ملايين عينة في 86.4 ثانية فقط، مستهلكين 13.7 كيلوواط/ساعة من الطاقة. في المقابل، استغرق "سيكامور" 600 ثانية للحصول على 3 ملايين عينة (200 ثانية لمليون عينة)، مستهلكاً 4.3 كيلوواط/ساعة للتبريد.
تُظهر هذه النتائج أن المحاكاة التقليدية كانت أسرع بما يقارب 7 أضعاف من حيث زمن التنفيذ، على الرغم من استهلاك طاقة أكبر بسبب استخدام عدد ضخم من وحدات GPU.
يُبرز هذا البحث أن الكمبيوترات التقليدية يمكن أن تستخدم خوارزميات متقدمة لإنجاز ما تُنجزه الكمبيوترات الكمومية في مهام معينة، مما يُشكل تحدياً جديداً أمام الكمبيوترات الكمومية. ولم تعد مسألة أخذ العينات العشوائية معياراً لتفوقها الكمومي. لكن هذا لا يعني أن الكمبيوترات التقليدية يمكن أن تُحاكي الكمومية في جميع المهام الأخرى، ولإثبات هذا على مطوري الكمبيوترات الكمومية تكريس جهود أكبر لاستخدامها في حل مسائل معقدة ذات تطبيقات عملية، تماماً كما بدأت تفعل شركة D-Wave بحلها أول مسألة لها تطبيق عملي باستخدام كمبيوترها الكمومي.
