Алгоритм Google Quantum Echoes и QPU Willow доказали проверяемое квантовое преимущество

Введение

Команда Google Quantum AI объявила о прорыве — первом доказательстве квантового преимущества над традиционными вычислительными системами в 13 000 раз. Это произошло благодаря разработке нового квантового алгоритма Quantum Echoes, который можно независимо воспроизводить на любых квантовых компьютерах вне лабораторий Google Quantum AI.

Подробнее о Google Quantum Echoes

Еще шесть лет назад, в 2019 году, Google заявила о достижении “квантового превосходства” за счет нового алгоритма квантовых вычислений, однако тогда эксперимент невозможно было повторить на стороннем квантовом оборудовании. Теперь, с выходом чипа Willow в 2024 году и выпуском алгоритма Quantum Echoes, этот барьер удалось успешно преодолеть. Архитектура Willow базируется на технологии коррекции квантовых ошибок декогеренции на уровне физических кубитов, что позволило стабилизировать 105 кубитов в чипе и достичь скорости вычислений, превышающей классические суперкомпьютеры примерно в 13 000 раз.

Quantum Echoes использует физический эффект так называемого квантового эха. Квантовое эхо работает следующим образом: в систему кубитов подается управляющий сигнал, один кубит преднамеренно “возмущается”, после чего система запускается в обратном временном порядке. Возникающее квантовое эхо усиливается благодаря процессу интерференции, что позволяет наблюдать распространение данных непосредственно внутри квантовой системы. По сути, именно этот процесс позволил впервые заглянуть внутрь квантовой системы и увидеть, как она работает, открыв возможность измерить его реальную производительность.

При сотрудничестве с учеными из Калифорнийского университета в Беркли команда Google применила алгоритм Quantum Echoes в чипах Willow для моделирования структуры молекул с 15 и 28 атомами. Результаты тестирования совпали с данными ядерного магнитного резонанса (NMR), но дополнительно выявили тонкие детали структуры, ранее недоступные экспериментальным путем.

Quantum Echoes открывает перспективы для работы квантовых систем в широком спектре направлений: биоинженерии (моделирование белков и взаимодействие веществ), материаловедении (изучение свойств полимеров, магнитов, полупроводников), энергетике (создание новых типов батарей) и квантовых технологиях (разработка новых типов логических кубитов).

Выводы

Quantum Echoes — это первое подтверждение того, что квантовые вычисления уже ближе не к теории, а к практике, ведь ученым впервые удалось доказать всему миру, что QPU-системы в тысячи раз превосходят все существующие традиционные суперкомпьютеры. Google Quantum AI уже заявили, что команда активно работает над созданием нового типа кубитов Milestone 3 с более продолжительным сроком жизни, на базе которых будут создаваться квантовые компьютеры нового поколения, используемые в практических целях.