Квантовият процесор Willow на Google изпълни квантов алгоритъм 13 000 пъти по-бързо от класическите суперкомпютри

Google обяви голям пробив по пътя си към постигането на практически приложения на квантовите изчисления. Съобщава се, че квантовият процесор Willow на компанията е изпълнил сложния алгоритъм Quantum Echoes около 13 000 пъти по-бързо от най-бързите класически суперкомпютри в момента.

Willow представлява значителен скок спрямо пробива на Google с чипа Sycamore през 2019 година. За разлика от последния, първият свръхпроводящ чип има стойност в реалния свят. Според резултатите, публикувани в Nature, той е демонстрирал приложение в разработването на изкуствен интелект, химическото моделиране и изследването на съвременни материали.

Как работи свръхпроводящият квантов процесор на Google

Чипът Willow използва 105 свръхпроводящи кюбита (кюбит е съкращение от квантов бит, основната единица информация в квантовите изчисления; той е подобен на бита в класическите изчисления). Всеки кюбит функционира като имитационен атом и може да съхранява информация в суперпозиция или в няколко състояния едновременно. Когато кюбитите се заплетат (състояние, при което два или повече кюбита оказват влияние един на друг, независимо от разстоянието между тях), те предават квантова информация в реално време. Това позволява на процесора да анализира множество решения едновременно.

Квантовите системи трябва да са стабилни, за да поддържат предсказуема връзка между квантовите си състояния във времето. Ето защо Google проектира Willow да работи при температура, близка до абсолютната нула, като не допуска топлина и вибрационни смущения. Архитектурата на чипа е оптимизирана за бързина и прецизност, а експериментът отчете 99,97% точност на еднокубитовите гейтове и 99,88% точност на заплитащите гейтове. Това прави Willow идеален за изпълнение на мащабни квантови алгоритми.

Точността на гейта е мярка за това как функционира квантовият гейт в сравнение с идеалната му, безгрешна версия. Колкото по-близо е до 100%, толкова повече той се държи като теоретичния си модел.

Как Google валидира квантовите изчислителни способности на Willow

Проектът Willow е специален заради възможността си за проверка. Благодарение на възможността резултатите от алгоритъма Quantum Echoes да бъдат валидирани на различни машини или в различни лабораторни условия, Google успя да изпълни ключовите изисквания за обявяване на квантово превъзходство.

Алгоритъмът Quantum Echoes помага на изследователите да моделират поведението на молекулите, химичните връзки и електронните структури по-точно от класическите симулации. Чипът захранва суперкомпютър, който решава алгоритъма, предоставяйки резултати за една тринадесета хилядна от времето, което би отнело на класически суперкомпютър.

Както казва изследователят от Google Том О’Брайън, възпроизводимостта на Willow е това, което разделя теоретичните и практическите пробиви. Той заяви:

„Ако не можем да докажем, че данните са верни, не можем да направим нищо с тях.“

Друг изследовател, който е част проекта, нобеловият лауреат Мишел Х. Деворет, водещият физик заяви:

„Показахме, че електрическите вериги могат да се държат като атоми. Сега показваме какво могат да правят тези изкуствени атоми.“

Какво означава пробивът на Willow на Google в областта на квантовите изчисления за AI и науката?

Свръхпроводимият квантов чип Willow може да помогне за намаляване на времето, необходимо на учените за симулиране на биологични системи, с голяма степен. Той също така има потенциал да се справи със сценарии, при които класическите изчисления не успяват да генерират точни набори от данни.

Процесорът на Google може да бъде използван и за проектиране на нови материали и за обучение на системи с изкуствен интелект с ефективно използване на данни. Ако бъде допълнително утвърден, пробивът на Willow може да доведе квантовите изчисления до прага на практичността и мащабируемостта при решаването на промишлени проблеми.