Google сломала квантовую физику: теория дала сбой на новом чипе Sycamore

Google перевернула законы квантовой физики с ног на голову: новая гибридная технология квантовых вычислений на чипах Sycamore и Willow не только нарушила фундаментальные теории, но и открыла путь к сверхмощным квантовым симуляциям.

Прорыв Google Quantum AI переопределяет границы возможного в квантовых вычислениях. Объединение аналогового и цифрового подходов, опровержение теории Киббла–Зурека, 105-кубитный чип Willow и экспоненциальная коррекция ошибок — всё это не просто технологические достижения, а шаг в новую эру квантовой инженерии. IT-World выяснил, как Google удалось приблизить будущее.

В Google, похоже, решили не мелочиться: мало создать революционный квантовый компьютер — надо ещё и покуситься на святое, фундаментальные физические теории. Учёные из Google Quantum AI представили уникальный гибридный подход к квантовым вычислениям, объединив цифровой и аналоговый методы в единую систему. И сразу же, не успев похвалить себя за удачное объединение лучших качеств обоих подходов, столкнулись с неожиданностью: оказалось, что одна из базовых теорий квантовой физики не работает.

Но обо всём по порядку. Прежде всего, стоит разобраться, зачем вообще нужны квантовые симуляции. Представьте задачу, над которой обычный суперкомпьютер бился бы миллион лет. Никаких преувеличений — современные компьютеры не способны просчитать поведение сложных физических систем в обозримое время. Для таких случаев и были придуманы квантовые симуляторы. Google до этого момента пробовал два подхода: цифровой и аналоговый.

Цифровой подход похож на аккуратного, но ужасно медлительного бухгалтера: он последовательно проводит множество операций и поэтому гибок, но безнадежно медленен. Аналоговый метод напоминает одновременно жонглирующего множеством шаров акробата — он стремительно быстр, но крайне капризен в настройке, так как требует одновременного и точного управления множеством взаимодействий.

Решение, найденное учёными Google, оказалось гениально простым: объединить оба подхода в гибридную схему. Новый подход использует цифровые операции для подготовки состояния, потом мгновенно переходит в аналоговый режим для быстрого и точного моделирования сложной квантовой динамики, а затем снова переключается в цифровой для финальных замеров. Результат впечатлил даже опытных физиков — ошибки упали до смешных 0,1% на кубит за цикл. Для сравнения: суперкомпьютер Frontier, самый мощный из ныне существующих, потратил бы на достижение такой точности больше миллиона лет.

Но настоящий сюрприз был впереди. Google протестировал новый подход на 69-кубитном чипе Sycamore, моделируя поведение магнитных спинов, похожих на крошечные магниты. При медленном включении взаимодействий учёные увидели эффект, аналогичный замерзанию воды, известный как переход Костерлица–Таулеса. Казалось бы, физика работает, как часы. Но затем случилось невероятное — полностью отказалась работать знаменитая теория Киббла–Зурека, которая годами считалась чуть ли не универсальной. Она утверждала, что магнитные спины должны «застревать» в независимых небольших группах. На деле спины не просто не застряли, а объединились в крупные упорядоченные области, нарушив все «законы жанра».

Ирония ситуации очевидна: учёные сначала подумали, что просто неправильно откалибровали свой сверхточный прибор. Перепроверив всё несколько раз, они поняли — ошибки нет, есть новая реальность, в которой теория Киббла–Зурека оказалась просто неработающей. Это значит, что физикам придётся переписывать учебники и искать новые подходы к созданию стабильных квантовых состояний.

Однако дело не ограничилось «абстрактными» научными открытиями. Новая гибридная технология открывает головокружительные перспективы для реальных применений. Google уже тестирует её на новом 105-кубитном процессоре Willow, который бьёт все мыслимые рекорды: он способен выполнить задачу за 5 минут, тогда как суперкомпьютеру Frontier на это же потребовалось бы 10 септиллионов лет — число с 25 нулями, больше возраста всей нашей Вселенной. Если это не впечатляет, то вот вам ещё один факт: чип Willow впервые в истории квантовых вычислений сумел реализовать экспоненциальную коррекцию ошибок. Чем больше кубитов, тем меньше ошибок. Это словно автомобиль, который разгоняется быстрее при уменьшении расхода топлива — парадокс, который ранее считался невозможным.

Список того, что можно будет сделать при помощи новой технологии, звучит как сценарий научно-фантастического фильма, только он вполне реален уже сейчас:

• Создание новых материалов и сверхпроводников, способных изменить энергетику.
• Разработка уникальных лекарств, на создание которых уходили бы десятилетия.
• Оптимизация искусственного интеллекта, финансовых алгоритмов и логистики.
• Эффективные аккумуляторы для электромобилей и новые экологические технологии.

Таким образом, Google не просто создал новый компьютерный чип или улучшил существующую технологию. Он открыл дверь в будущее, о котором мечтали физики и фантасты. Этот квантовый скачок уже называют новой эпохой в вычислениях, и, глядя на достигнутые результаты, с этим трудно поспорить.

И напоследок немного иронии: если сегодня вы считаете свой ноутбук слишком медленным, утешьтесь — даже суперкомпьютер Frontier выглядит устаревшим калькулятором рядом с тем, что сделали учёные Google на своих новых чипах Sycamore и Willow. Похоже, будущее уже здесь — и его делают люди, которые не боятся отменять законы физики.