Изненада: Google дава награда от 5 милиона долара за намиране на практическо приложение на квантовите компютри

Google стартира XPRIZE Quantum Applications. Това е глобално състезание на стойност 5 милиона долара за разработване на квантови алгоритми за реални приложения. Състезанието ще продължи три години. Макар да е доказано, че квантовите компютри могат да решават някои задачи много по-бързо от конвенционалните, огромното мнозинство от алгоритмите нямат практически приложения. Компанията се надява да промени това положение на нещата. Затова се обръща към научната общност, за да види как технологията може да бъде приложена за решаване на най-важните световни проблеми.

Квантовите компютри имат огромен потенциал за решаване на критични социални проблеми. Изследванията на Google (и други компании) показват, че те могат да се използват например за ускоряване на разработването на нови лекарства. За създаване на нови материали, които работят по-добре и издържат по-дълго. Както и за по-ефективни компоненти на батерии, при термоядрените реактори и т.н.

Липсата на практическо приложение

Сред приложенията, които компанията проучва, е разработването на квантови алгоритми за анализ на химическите взаимодействия на цитохрома P450 (CYP450). Това е семейство ензими от съществено значение за метаболизма на лекарствата, чиято ефективност се определя чрез анализа на техните взаимодействия. Реакциите обаче са толкова сложни, че за учените е особено трудно да ги предвидят. А това затруднява разработването на нови терапевтични молекули.

Това е така, защото процесът на метаболизъм на CYP450 се състои от сложна верига от реакции. Те водят до многобройни междинни промени в молекулярната структура на ензима. В своето проучване Google демонстрира, че с помощта на квантов компютър учените могат да проследят тази верига от промени с по-голяма точност и с много по-малко време и ресурси.

В друго проучване специалистите на Google показаха как квантовите компютри могат да се използват за изследване на по-екологични алтернативи на кобалта. Той се използва най-вече в катодите на литиево-йонните батерии. Изследователите са използвали квантова симулация, за да разработят алгоритми за анализ на относителните енергии на редица кандидат-структури, които да заменят кобалта. Подобна операция би изисквала десетки милиони кубити, което е твърде скъпо за конвенционалните компютри.

Тези демонстрации обаче са само математически изчисления без реални приложения. С други думи, те нямат практическа полза.

„Повечето квантови алгоритми са изучавани предимно в контекста на абстрактни математически проблеми. Съвсем малко работа е съсредоточена върху оценката на тези алгоритми за конкретни, реални случаи на употреба“,

обясняват Бригите Хойер Госелинк, директор на Google.org. Както и Райън Бабуш, ръководител на квантовите алгоритми в Google Quantum AI, в прессъобщение на компанията.

Казано с други думи.

„Въпреки че има много причини да бъдем оптимисти относно потенциала на квантовите изчисления, все още не знаем точно как, кога и за кои реални проблеми тази технология ще се окаже най-трансформираща“,

пишат те.

От друга страна, количественото определяне на информационния обем, необходим на квантовия компютър, за да има реално предимство пред класическия си аналог, също не се разбира много добре.

За да насочи изследванията към реални приложения, компанията кани изследователите от целия свят да участват в XPRIZE Quantum Applications. Идеята е за да разработят квантови алгоритми, които могат да окажат положително въздействие върху обществото.

Алгоритми в съответствие с Целите за устойчиво развитие на ООН

Новият конкурс на Google има за цел да създаде алгоритми за квантови изчисления, които могат да бъдат приложени за постигане на общественополезни цели. Включително 17-те цели за устойчиво развитие на ООН. Конкурсът включва краткосрочни приложения за квантовите компютри Noisy Intermediate Scale Quantum (или NISQ). Това са несъвършени квантови компютри от среден мащаб. Плюс средносрочни приложения, включващи широкомащабно използване на бъдещи квантови компютри, устойчиви на грешки.

Но според различните експерти, за да се разработят алгоритми, които биха могли да намерят приложение в реалния свят, първо трябва да се намери начин за справяне с шума и грешките. Те са много характерни за днешните квантови устройства. Според Бил Феферман, изследовател от Чикагския университет, през следващите три години е малко вероятно да бъдат открити и реализирани подобни алгоритми.

Въпреки това, „макар да вярваме, че могат да бъдат намерени полезни приложения в ерата на NISQ. Основното въздействие на квантовите изчисления ще дойде след изграждането на мащабни квантови компютри. Ние можем да идентифицираме тези приложения още сега, за да ги подготвим за внедряване при разработването на по-мощен квантов хардуер„, твърдят представителите на Google.

За да бъдат допуснати до участие, кандидатстващите екипи ще трябва да опишат общественополезното приложение, което искат да реализират. Те ще трябва също така да предоставят анализ на времето за обработка (до получаване на решение) на техния алгоритъм за квантов компютър. Алгоритмите ще бъдат оценявани и по редица други критерии, като например мащаба на положителното въздействие, което могат да окажат. А и дали са по-бързи от конвенционалните алгоритми. Предложенията ще бъдат оценявани през следващите три години от жури, съставено от световноизвестни експерти от различни области.

Наградният фонд от 5 млн. долара ще бъде разпределен между 20 полуфиналисти, които ще получат по 50 000 долара, 5 финалисти, които ще си поделят 1 млн. долара, и 3 носители на голямата награда, които ще получат останалите 3 млн. долара.