Čip Willow, vlajková loď Googlu v oblasti kvantových počítačov, dosiahol historický míľnik: po prvý raz získal overiteľnú kvantovú výhodu. Prvýkrát sa podarilo spustiť algoritmus, ktorý je nielen rýchlejší než klasické superpočítače, ale ktorého výsledky sú aj overiteľné. Algoritmus s názvom Quantum Echoes bežal na čipe Willow 13 000krát rýchlejšie než najlepší klasický algoritmus na jednom z najrýchlejších superpočítačov sveta.
Prečo je overiteľná kvantová výhoda prelomová
Zatiaľ čo v roku 2019 Google oznámil takzvanú kvantovú nadvládu (quantum supremacy), išlo o riešenie abstraktného matematického problému, ktorý nemal praktické využitie. Navyše nebolo možné výsledky ľahko overiť. Willow a Quantum Echoes menia pravidlá hry.
Overiteľnosť znamená, že výsledok, ktorý kvantový počítač vyprodukuje, je možné zopakovať na inom kvantovom počítači alebo overiť pomocou nezávislých výpočtov. To zásadne zvyšuje dôveryhodnosť kvantových výpočtov.
Čo je Quantum Echoes a ako funguje
Quantum Echoes je algoritmus, ktorý umožňuje sledovať, ako sa informácia šíri a rozptyľuje v kvantovom systéme, napríklad v molekule. Funguje na princípe časového návratu – spustí sa postupnosť kvantových operácií, vykoná sa drobná zmena (perturbácia) a celý proces sa presne zopakuje v obrátenom poradí. Vznikne tak „kvantová ozvena“, ktorá odhalí aj jemné detaily o správaní častíc vnútri molekuly.
Praktické využitie: Molekuly, lieky a materiály
Google v spolupráci s Univerzitou Kalifornie v Berkeley použil Quantum Echoes na modelovanie dvoch molekúl – jednej s 15 atómami a druhej so 28 atómami. Výsledky nielenže zodpovedali tradičným metódam nukleárnej magnetickej rezonancie (NMR), ale odhalili aj dodatočné štrukturálne informácie, ktoré sú pre klasické počítače nedostupné. Vedci tento prístup označili za „molekulové pravítko“, ktoré dokáže merať väčšie vzdialenosti v molekulách než doterajšie metódy.
Willow čip
Willow, vyrobený vo vlastnej továrni Googlu v Santa Barbare, má 105 qubitov. V porovnaní s predchádzajúcou generáciou Sycamore dokáže uchovať kvantovú informáciu päťkrát dlhšie (až 100 mikrosekúnd) a zásadne vylepšil korekciu chýb. Dôležité je, že Willow ako prvý kvantový čip preukázal, že pridávaním qubitov je možné exponenciálne znižovať chybovosť, čo je kľúčové pre škálovanie kvantových počítačov.
Čo bude ďalej
Google si stanovil za cieľ do roku 2029 postaviť plne funkčný, na chyby korigovaný kvantový počítač s približne 1 miliónom qubitov. Willow a Quantum Echoes sú podľa Googlu významným krokom k tomuto cieľu.