Квантовый процессор Willow от Google выполнил квантовый алгоритм в 13 000 раз быстрее, чем классические суперкомпьютеры
Google объявил о большом прорыве на пути к практическому применению квантовых вычислений. Сообщается, что квантовый процессор Willow компании выполнял сложный алгоритм Quantum Echoes примерно в 13 000 раз быстрее, чем самые быстрые классические суперкомпьютеры, доступные в настоящее время.
Willow представляет собой значительный шаг вперед по сравнению с революционным чипом Sycamore от Google, выпущенным в 2019 году. В отличие от последнего, первый сверхпроводящий чип имеет реальную ценность. Согласно результатам, опубликованным в журнале Nature, он продемонстрировал применение в разработке искусственного интеллекта, химическом моделировании и исследовании перспективных материалов.
Как работает сверхпроводящий квантовый процессор Google
Чип Willow использует 105 сверхпроводящих кубитов (кубит — сокращение от квантового бита, базовой единицы информации в квантовых вычислениях; он похож на бит в классических вычислениях). Каждый кубит функционирует как моделируемый атом и может хранить информацию в суперпозиции или в нескольких состояниях одновременно. Когда кубиты запутываются (состояние, при котором два или более кубитов влияют друг на друга независимо от расстояния между ними), они передают квантовую информацию в реальном времени. Это позволяет процессору анализировать несколько решений одновременно.
Квантовые системы должны быть стабильными, чтобы поддерживать предсказуемые отношения между их квантовыми состояниями с течением времени. Вот почему Google разработал Willow для работы при температурах, близких к абсолютному нулю, без воздействия тепла или вибрации. Архитектура чипа оптимизирована по скорости и точности, и эксперимент показал точность 99,97% для однокубитных вентилей и 99,88% точности для вентилей запутанности. Это делает Willow идеальным для запуска крупномасштабных квантовых алгоритмов.
Точность вентиля — это мера того, насколько хорошо работает квантовый вентиль по сравнению с его идеальной, безошибочной версией. Чем ближе он к 100%, тем больше он ведет себя подобно своей теоретической модели.
Как Google проверяет возможности квантовых вычислений Willow
Проект «Уиллоу» особенный своей проверяемостью. Имея возможность проверить результаты алгоритма Quantum Echoes на разных машинах или в разных лабораторных условиях, Google смог удовлетворить ключевые требования для объявления квантового превосходства.
Алгоритм Quantum Echoes помогает исследователям моделировать поведение молекул, химических связей и электронных структур более точно, чем классическое моделирование. Чип питает суперкомпьютер, который решает алгоритм и выдает результаты за одну тринадцатую часть времени, которое требуется классическому суперкомпьютеру.
Как говорит исследователь Google Том О’Брайен, воспроизводимость Уиллоу — это то, что отличает теоретические и практические прорывы. Он заявил:
«Если мы не сможем доказать, что данные верны, мы ничего не сможем с ними поделать».
Другой исследователь, участвующий в проекте, нобелевский лауреат Мишель Х. Деворе, ведущий физик, сказал:
«Мы показали, что электрические цепи могут вести себя как атомы. Теперь мы показываем, на что способны эти искусственные атомы».
Что означает прорыв Google Willow в области квантовых вычислений для искусственного интеллекта и науки?
Сверхпроводящий квантовый чип Willow может помочь значительно сократить время, необходимое ученым для моделирования биологических систем. Он также может справиться со сценариями, когда классические вычисления не могут генерировать точные наборы данных.
Процессор Google также можно использовать для разработки новых материалов и обучения систем искусственного интеллекта эффективному использованию данных. В случае дальнейшего подтверждения прорыв Уиллоу может вывести квантовые вычисления на порог практичности и масштабируемости в решении промышленных проблем.
