Według Google’a komputer kwantowy właśnie stał się użyteczny dla kogoś więcej niż działu PR giganta. Tyle iż już to gdzieś słyszeliśmy.
Google właśnie ogłosił przełom w dziedzinie obliczeń kwantowych, twierdząc, iż jego najnowszy algorytm – Quantum Echoes – to pierwszy w historii przypadek „weryfikowalnej przewagi kwantowej” osiągniętej na realnym sprzęcie. W badaniu opublikowanym na łamach Nature, badacze firmy przekonują, iż dzięki chipowi Willow możliwe było uzyskanie wyników 13 000 razy szybciej niż w przypadku najwydajniejszych superkomputerów, a same obliczenia da się powtórzyć i zweryfikować na innych maszynach kwantowych o podobnej klasie.
Google ogłasza przełom w informatyce kwantowej. Tym razem mówi: to naprawdę działa
Quantum Echoes to nowy typ algorytmu wykorzystujący tzw. korelator czasowy poza porządkiem (OTOC – Out-of-Time-Order Correlator). Pozwala on na modelowanie złożonych zjawisk fizycznych, takich jak oddziaływania w obrębie cząsteczek, struktur molekularnych czy zjawisk w fizyce materii skondensowanej. Algorytm działa w sposób przypominający odbicie echa: wysyłany jest specjalnie zaprojektowany sygnał, jeden z kubitów (najmniejsza jednostka w informacji kwantowej, bit kwantowy) zostaje zaburzony, a następnie system „cofa się w czasie”, by odczytać echo powracające w wyniku interferencji fal kwantowych.
Ten efekt, wzmacniany przez tzw. konstruktywną interferencję, pozwala Google’owi mierzyć zjawiska z wyjątkową dokładnością. W eksperymencie przeprowadzonym we współpracy z Uniwersytetem Kalifornijskim w Berkeley, firma zastosowała Quantum Echoes do analizy dwóch cząsteczek – jednej z 15, drugiej z 28 atomami – porównując wyniki z wynikami uzyskanymi przy użyciu spektroskopii NMR (nuklearnego rezonansu magnetycznego). Wyniki były zbieżne, a algorytm Google’a ujawnił dodatkowe informacje, których klasyczne metody NMR nie są w stanie wychwycić.
Wyobraźmy sobie sonary na dnie oceanu. Tradycyjna metoda pokaże nam, iż jest tam wrak. Nasza technologia pozwala nie tylko zobaczyć wrak, ale także odczytać napis na jego burcie
– tłumaczył obrazowo Google w komunikacie.Weryfikowalność kwantowa? Tak, ale na razie tylko wewnątrz laboratorium Google’a
Quantum Echoes jest kontynuacją wcześniejszych prac Google’a, w tym ogłoszonej w 2019 roku „kwantowej przewagi” z wykorzystaniem procesora Sycamore. Jednak tamten eksperyment spotkał się z krytyką środowiska naukowego, ponieważ dotyczył problemu wysoce abstrakcyjnego i trudno było mówić o praktycznym zastosowaniu. Tym razem firma podkreśla, iż Echoes to nie tylko przewaga obliczeniowa, ale też użyteczność – czyli możliwość zastosowania algorytmu do rzeczywistych problemów naukowych, takich jak modelowanie struktur chemicznych.
Ważnym aspektem tego osiągnięcia ma być „weryfikowalność kwantowa” – wynik działania algorytmu można powtórzyć i potwierdzić na innym sprzęcie kwantowym. Jednak, jak przyznaje sama firma, w tej chwili nie istnieje inny komputer kwantowy, który dorównywałby Willow pod względem liczby kubitów i niskiego poziomu błędów. Testy przeprowadzano na maksymalnie 65 kubitach, choć chip zawiera ich aż 105.
Według badaczy Google, algorytm Quantum Echoes może w przyszłości posłużyć jako „kwantowa linijka” pozwalająca mierzyć odległości i zależności między spinami atomowymi w sposób, jaki nie był możliwy do tej pory – co może znaleźć zastosowanie m.in. w farmakologii, projektowaniu materiałów, chemii kwantowej, a choćby w zrozumieniu fizyki czarnych dziur.
Osiągnięcie to jest również możliwe dzięki wcześniejszym postępom w architekturze chipu Willow, który w 2024 roku po raz pierwszy zademonstrował skuteczne tłumienie błędów – jeden z najtrudniejszych problemów trapiących komputery kwantowe od niemal trzech dekad.
Google nie ukrywa, iż Quantum Echoes to dopiero początek. Firma zapowiada kolejne algorytmy i eksperymenty, które mają przybliżyć obliczenia kwantowe do codziennych zastosowań. Według jej szacunków, pierwsze praktyczne przypadki użycia komputerów kwantowych mogą pojawić się w ciągu najbliższych pięciu lat.
Więcej na temat komputerów kwantowych:
