Klassisk algoritm utmanar D-Waves påstående om kvantöverlägsenhet

I mars 2025 presenterade D-Wave resultat från sin Advantage2-kvantannealer, ett system med cirka 5 000 kvantbitar (qubits). Företaget rapporterade att maskinen simulerade komplex dynamik i magnetiska material på under cirka 20 minuter, medan samma beräkning på en klassisk superdator skulle ta nästan en miljon år.

Uppgiften gick ut på att simulera dynamiken i oordnade magnetsystem – specifikt Ising-spinglasmodeller arrangerade i gitterstrukturer. Enligt företaget och dess samarbetspartners hade befintliga klassiska tekniker svårt att skalas upp till dessa stora kvantsystem, vilket ledde till att de beskrev resultatet som en demonstration av ”bortom-klassisk” beräkning.

Sådana påståenden faller inom ramen för kvantöverlägsenhet (quantum supremacy): den punkt där en kvantdator utför en uppgift som en klassisk dator inte kan lösa inom en praktisk tidsram.

Det klassiska genombrottet

Forskargruppen från Flatiron och Boston University gick tillbaka till exakt samma fysikaliska simuleringsproblem. Istället för att försöka spåra hela kvanttillståndet direkt – en beräkning som växer exponentiellt med antalet kvantbitar – utnyttjade de matematisk struktur i systemet.

Deras metod kombinerade flera idéer:

• Två- och tredimensionella tensor-nätverk arrangerade för att spegla gittergeometrin i spinsystemet
• Belief propagation, en algoritm för meddelandeöverföring som uppdaterar nätverket effektivt
• Tensor-nätverkskomprimeringstekniker som håller representationen hanterbar när sammanflätningen (entanglement) växer

Genom att utveckla gitterspecifika tensor-nätverk och använda belief propagation-uppdateringar under simuleringen kunde algoritmen följa systemets dynamik utan att explicit representera hela vågfunktionen för 5 000 kvantbitar. Detta minskade dramatiskt den beräkningsmässiga kostnaden samtidigt som hög noggrannhet bibehölls.

Enligt forskarna kan metoden exakt och effektivt simulera samma kvantglödgningsdynamik som tidigare påstods vara utom räckhåll för klassiska datorer.

Vissa simuleringar kunde köras på en laptop

Tensor-nätverk fungerar genom att komprimera kvanttillstånd. Istället för att lagra varje amplitud i den exponentiellt stora vågfunktionen fångar de bara de korrelationer som faktiskt uppträder i systemet.

För många fysikaliska system – särskilt de med strukturerade gitterinteraktioner – växer mängden sammanflätning på ett sätt som fortfarande kan approximeras kompakt. När så sker kan tensor-nätverksrepresentationer spåra systemet med mycket färre parametrar än en brute-force-simulering skulle kräva.

I Flatiron-studien gjorde kombinationen av tensor-nätverksrepresentationer med belief propagation simuleringen så effektiv att vissa fall kunde köras på vanliga persondatorer istället för på massiva superdatorer.

Vad detta innebär för ”kvantfördel”

Resultatet bevisar inte att kvantdatorer saknar fördelar. Istället belyser det en viktig realitet inom området: ribban flyttas hela tiden.

Påståenden om kvantfördel jämför vanligtvis kvantprocessorer mot de bästa kända klassiska algoritmerna vid tillfället. Men klassiska metoder – särskilt tensor-nätverk, Monte Carlo-metoder och andra approximationstekniker – fortsätter att förbättras snabbt.

Det innebär att en uppgift som ser omöjlig ut för klassiska maskiner idag kan bli hanterbar imorgon om någon hittar en bättre algoritm. Flatiron-arbetet demonstrerar exakt den dynamiken: flaskhalsen var inte grundläggande beräkningsbegränsningar, utan tillståndet för de klassiska algoritmer som användes för jämförelse.

Den pågående kapplöpningen

Som en följd av detta blir standarden för att demonstrera kvantfördel allt hårdare. Forskare letar alltmer efter problem där:

• klassiska algoritmer är osannolika att förbättras dramatiskt
• kvantprocessorer erbjuder en tydlig skalningsfördel
• resultaten kan verifieras oberoende

Episoden illustrerar ett bredare mönster inom beräkningsvetenskap: framsteg kommer ofta från både hårdvara och algoritmer. Kvantprocessorer förbättras, men klassiska algoritmer utvecklas lika snabbt.

För närvarande är konkurrensen mellan de två fortfarande en aktiv kapplöpning – och varje nytt påstående om kvantfördel måste överleva nästa genombrott inom klassisk beräkning.