Google заявляет о прорыве в квантовых вычислениях: новый алгоритм превзошел суперкомпьютеры

Исследователи из Google Quantum AI сообщают, что их квантовый процессор Willow запустил алгоритм для квантового компьютера, который решил сложную физическую задачу в тысячи раз быстрее самых мощных классических суперкомпьютеров в мире. Если это подтвердится, это станет одной из первых демонстраций практического квантового превосходства, когда квантовый компьютер решает реальную задачу быстрее и точнее классического компьютера.

В новой статье, опубликованной в журнале Nature, исследователи подробно описали, как их алгоритм под названием Quantum Echoes измеряет сложное поведение частиц в сильно запутанных квантовых системах. Это системы, в которых несколько частиц связаны так, что они разделяют общую судьбу даже при физическом разделении. Если измерить свойство одной частицы, вы мгновенно узнаете что-то о других. Эта связь делает всю систему настолько сложной, что её трудно моделировать на обычных компьютерах.

Алгоритм Quantum Echoes использует концепцию под названием «неупорядоченный по времени коррелятор» (OTOC), который измеряет, как быстро информация распространяется и перемешивается в квантовой системе. Исследователи выбрали именно это измерение потому, что, как они заявляют в статье,

«OTOC обладают квантовыми интерференционными эффектами, которые наделяют их высокой чувствительностью к деталям квантовой динамики и, для OTOC⁽²⁾, также высокими уровнями сложности классического моделирования. Таким образом, OTOC являются жизнеспособными кандидатами для реализации практического квантового превосходства».

Алгоритм основан на clever «трюке с обращением времени». Квантовый компьютер запускает систему вперед, дает ей небольшой толчок, а затем точно обращает процесс вспять. В этом эксперименте они использовали OTOC второго порядка — OTOC⁽²⁾, более сложную форму OTOC. Это создает сильное «квантовое эхо», которое извлекает полезную информацию из хаоса системы. Для этой задачи, которая заключалась в изучении того, как быстро информация распространяется в сложном квантовом состоянии, квантовый чип выполнил вычисление в 13 000 раз быстрее, чем самый быстрый суперкомпьютер в мире.

Это не первый раз, когда команда Google продемонстрировала крупное квантовое достижение. В 2019 году они заявили о «квантовом превосходстве» после того, как их чип Sycamore решил высокотехническую задачу намного быстрее суперкомпьютера. Однако отличие в том, что в то время как предыдущий эксперимент был сосредоточен на решении малоизвестной проблемы (которая в конечном итоге была решена классическими алгоритмами на суперкомпьютерах), этот новый результат решает реальную физическую задачу.

В конечном счете, это исследование означает, что мы можем приближаться к тому дню, когда квантовые компьютеры будут регулярно использоваться для решения сложных проблем, которые в настоящее время недоступны суперкомпьютерам. Это может включать открытие новых материалов, разработку более эффективных лекарств и создание более точных климатических моделей.

Интересный факт: квантовые компьютеры работают на принципах квантовой механики, используя кубиты, которые могут находиться в состоянии суперпозиции (одновременно 0 и 1), что дает им экспоненциальное преимущество перед классическими компьютерами для определенных задач. В 2024 году IBM анонсировала квантовый процессор с более чем 1000 кубитов, продолжая гонку квантовых технологий.