Исследователи Google сделали новое заявление о квантовом преимуществе — способности квантовых компьютеров радикально ускорять вычисления по сравнению с их классическими аналогами, передает служба новостей Nature.
Ученые из корпорации утверждают, что их новейший алгоритм, получивший название «квантовое эхо», потенциально способен решать научные задачи, включая определение структуры молекул. Теоретически его также можно воспроизвести на другом квантовом компьютере.
«Этот алгоритм открывает возможности для реального применения. Компания настроена оптимистично и надеется, что через пять лет квантовые компьютеры найдут практическое применение», — заявил Хартмут Невен, руководитель лаборатории квантовых вычислений Google в Санта-Барбаре, штат Калифорния.
Однако некоторые исследователи с осторожностью относятся к заявлению о квантовом преимуществе, пишет Nature. Многие считают преждевременными обещания практического применения в столь короткие сроки.
Исследователи Google и их коллеги подробно описали, как можно применить этот алгоритм к простым молекулам, в предварительном исследовании, представленном в arXiv. Им удалось предсказать некоторые особенности структуры молекул с помощью квантового моделирования и подтвердить свои выводы измерениями ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Однако пока они могут применять этот метод только к молекулам, которые уже можно эффективно моделировать классическими методами, например, к ароматическому жидкому толуолу.
Том О'Брайен, научный сотрудник Google Quantum AI в Мюнхене (Германия), заявил, что применение алгоритма «квантового эха» будет более эффективно с точки зрения и оборудования и методов исправления ошибок, над которыми, правда, еще ведется работа.
Отражающиеся кубиты
В демонстрациях использовался чип Willow от Google, который использует 105 крошечных сверхпроводящих цепей для хранения информации в виде квантовых битов (кубитов) — квантового эквивалента классических битов информации.
Алгоритм Google способен обнаруживать тонкие квантовые связи между удаленными частями, которые в противном случае были бы нарушены и потеряны из-за взаимодействия множества квантовых компонентов устройства. Команда сравнила этот метод с картографированием пещеры по эху: он включает в себя выполнение серии операций, возмущение кубита, а затем — выполнение этих операций в обратном порядке. Измерения выявляют следы взаимодействия отдельного кубита по всей системе.
Одна из важных научных задач, которые хотят решить с помощью квантового компьютера, — понимание структуры молекул. Это необходимо, чтобы устанавливать связь между строением и свойствами веществ, прогнозировать химические реакции и физические явления, а также применять эти знания на практике, например, в медицине и материаловедении. Знание структуры позволяет предсказывать поведение веществ, понимать, как они будут взаимодействовать друг с другом, и целенаправленно создавать новые материалы и лекарства.
Чтобы применить алгоритм к молекулам, исследователи заставляют кубиты имитировать «спины» атомных ядер — квантовое свойство, благодаря которому каждое ядро действует подобно крошечному стержневому магниту. По словам О’Брайена, моделируя спины с помощью кубитов, алгоритм квантового эха может предоставить информацию о структуре молекул.
«До сих пор эти демонстрации проводились на относительно небольших молекулах, но мы настроены оптимистично и надеемся, что в будущем подобные идеи могут быть распространены и на гораздо более крупные системы — возможно, даже на белки», — говорит Ашок Аджой, квантовый химик из Калифорнийского университета в Беркли.
Спорные расчеты
Заявления о квантовом превосходстве полны противоречий и часто оспариваются. Первое заявление Google в 2019 году касалось задачи, не имеющей практического применения, и вскоре другие исследователи показали, что те же вычисления возможны и на классических компьютерах. В марте компания из Калифорнии D-Wave, занимающаяся квантовыми вычислениями, заявила о решении первой научно значимой задачи с помощью квантового процессора, которая также была оспорена классическими алгоритмами.
Компания Google заявляет, что ее алгоритм «квантового эха» работает на квантовом процессоре компании в 13 000 раз быстрее, чем на лучшем классическом конкуренте. Команда потратила десять лет рабочего времени, проверяя разрыв, максимально улучшая классический аналог.
По словам исследователей, большое преимущество технологии Google в том, что, поскольку результат, выдаваемый компьютером, является определенным числом, его можно проверить на другом квантовом компьютере. В предыдущих заявлениях о квантовом преимуществе часто использовались вероятностные алгоритмы, в которых не предполагалось совпадения двух результатов.
Однако переход от этой демонстрации к чему-либо коммерчески полезному или к масштабируемому компьютеру, способному выполнять большие вычисления, несмотря на наличие ошибок, будет представлять собой «дополнительные серьезные проблемы».
Китай запустил сверхпроводящий квантовый компьютер с облачным доступом
ИИ помог ученым сделать прорыв в квантовых вычислениях
Microsoft представила первый квантовый чип на основе «топологических кубитов»
«По-настоящему выдающийся прорыв»: новый квантовый чип Google достиг рекорда точности
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram