Google prerazil hranice
Spoločnosť Google Quantum AI nedávno vo svojom blogu oznámila prelomový úspech v oblasti kvantového výpočtového výskumu. Ich nový čip s názvom Willow dokázal pomocou algoritmu Quantum Echoes vyriešiť úlohu, ktorú by aj najvýkonnejší superpočítač zvládol len s obrovskou časovou náročnosťou.
Kvantový čip bol v tomto prípade približne 13 000-krát rýchlejší než klasické výpočtové systémy. Tento výsledok však nie je dôležitý len kvôli rekordnej rýchlosti, ale najmä preto, že ide o overiteľný výpočet. Teda taký, ktorého správnosť sa dá nezávisle potvrdiť. Práve táto overiteľnosť bola doteraz jednou z najväčších prekážok pre praktické využitie kvantových počítačov.
Podľa portálu Live Science ide o míľnik, ktorý posúva hranice medzi experimentálnymi kvantovými výpočtami a reálnym vedeckým využitím. Algoritmus Quantum Echoes je zameraný na výpočet tzv. out-of-time-order correlatora (OTOC). Jedná sa o matematický nástroj používaný na opis správania kvantových systémov v čase.
Tento prístup skúma, ako sa drobná zmena alebo porucha v jednom bode systému rozšíri naprieč celou sústavou. Dá sa to prirovnať k takzvanej „ozvene“, teda k signálu, ktorý sa po určitom čase vráti späť a odhalí, ako veľmi sa systém počas vývoja „zamiešal“. Kým klasické počítače dokážu takéto procesy modelovať len pri veľmi malých systémoch, kvantový čip dokáže tento výpočet vykonať priamo na kvantovej úrovni a s oveľa väčšou efektivitou.
Budúcnosť výpočtov je na dosah
Ako píše Bloomberg, Google v rámci experimentu použil procesor Willow so 105 qubitmi. V experimente vedci pripravili kvantový systém a vykonali na ňom sériu kvantových operácií. Následne ho narušili drobnou zmenou v stave jedného qubitu a potom celý proces obrátili späť. Sledujúc, ako sa systém vracia do pôvodného stavu, dokázali odmerať jeho vnútornú dynamiku. Teda to, ako sa informácia v kvantovom prostredí rozšíri a následne „ozve“.
Tento druh výpočtu by na klasickom superpočítači trval roky, zatiaľ čo čip Willow ho zvládol za niekoľko hodín. Podľa Google by niektoré simulácie, ktoré by tradičným spôsobom trvali vyše troch rokov, kvantový čip vypočítal za menej než popol dňa.
To, čo tento výsledok robí výnimočným, nie je len samotná rýchlosť, ale fakt, že výsledky boli overiteľné. V minulosti sa síce hovorilo o takzvanej kvantovej nadradenosti, ktorú Google prvýkrát demonštroval už v roku 2019, no vtedy šlo o úlohu, ktorú síce kvantový počítač vykonal rýchlejšie, ale jej výsledok nemal praktický zmysel a nebolo možné ho nezávisle potvrdiť.
Tentoraz ide o iný prípad. Quantum Echoes umožňuje výpočty, ktoré sú vedecky relevantné a zároveň sa dajú skontrolovať pomocou menších systémov alebo numerických simulácií. Google preto tento pokrok nazýva „verifikovateľná kvantová výhoda“, čo znamená, že kvantový čip vykonáva užitočné výpočty rýchlejšie než akýkoľvek známy klasický počítač a jeho výsledky sa dajú spoľahlivo overiť.
Čip, ktorý šokoval vedcov
Vedecká komunita tento míľnik hodnotí ako dôležitý krok k praktickému využitiu kvantových výpočtov. Algoritmus Quantum Echoes by mohol mať široké uplatnenie v oblasti simulácií kvantovej fyziky, modelovania molekulových väzieb, vývoja nových materiálov, batérií či farmaceutických zlúčenín.
