Алгоритм Google Quantum Echoes — это последнее достижение компании в области квантовых вычислений. Исследование, опубликованное в журнале Nature, гарантирует, что этот алгоритм в 13000 раз быстрее, чем самые мощные современные суперкомпьютеры. Это приблизит квантовые технологии к практическому применению в медицине и материаловедении в течение следующих пяти лет.
Коррелятор вневременного порядка (OTOC), известный как Quantum Echoes, является новаторским алгоритмом, который можно использовать для лучшего понимания структурного состава природных систем, таких как черные дыры или молекулы. Используя собственный квантовый чип Google Willow, компания утверждает, что впервые квантовые технологии используют проверяемый алгоритм, что означает, что алгоритм может получить одинаковые результаты на любом квантовом оборудовании. Это фундаментальный шаг к достижению повторяемых и масштабируемых результатов, необходимых для практических применений, таких как создание квантового движка.
Алгоритм Quantum Echoes от Google, подробный
Квантовые вычисления — это «следующий рубеж», и крупные компании стремятся занять лидирующие позиции в области технологий, которые произведут революцию в нашем мире на десятилетия вперед. И мы говорим о «десятилетиях», потому что еще предстоит много времени, чтобы решить проблемы, присущие этой архитектуре, которая по сравнению с архитектурой традиционных вычислений способна принимать значения «1» или «0». информация хранится в кубитах (квантовых битах), которые могут одновременно принимать оба значения (суперпозиция). и, таким образом, получить возможность выполнять любую вычислительную задачу экспоненциально быстрее, чем современные системы.
Алгоритм Google Quantum Echoes направлен на сокращение сроков за счет достижения квантовой проверяемости, что означает, что результат можно повторить на квантовом компьютере, чтобы получить тот же ответ и подтвердить результат. Это повторяемое вычисление, выходящее за рамки классического, является основой масштабируемой проверки, что приближает квантовые компьютеры к тому, чтобы стать инструментами для практического применения.
В октябре прошлого года Google представила два исследования, в которых были подчеркнуты расширенные возможности Quantum Echoes. Первый, опубликованный в журнале Nature , показывает, как его поддающиеся проверке результаты могут найти применение в таких областях, как спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Во втором исследовании, доступном на arXiv, исследователи из Google использовали эти методы квантовых вычислений для расшифровки химических структур с помощью того, что компания называет «молекулярной линейкой» для измерения расстояний между атомами. Взятые вместе, исследования отражают успехи Google в создании жизнеспособных квантовых алгоритмов и оборудования для микросхем.
Ранее, в декабре 2024 года, компания выпустила свой квантовый чип Willow, обладающий достаточной вычислительной мощностью, чтобы пройти базовый тест менее чем за пять минут — тест, который для самого мощного суперкомпьютера в мире обычно занимает десять септиллионов лет. И хотя эти квантовые достижения часто приводят к преувеличенным заявлениям, например, об обратном движении времени, Google надеется, что его новый алгоритм будет стимулировать поиск практических приложений для одной из самых инновационных новых технологий в мире.
Как работает алгоритм Quantum Echoes
Чтобы понять, как работает алгоритм, необходимо установить некоторые основные принципы квантовых вычислений. В своей самой элементарной форме квантовые вычисления используют свойства квантовой механики для решения сложных математических задач, которые превосходят возможности классических вычислений. Самый простой способ понять это — заменить 0 и 1 в двоичных вычислительных системах на кубиты, или квантовые биты, которые создаются путем манипулирования квантовыми частицами, такими как фотоны, электроны, захваченные ионы, сверхпроводящие цепи и атомы.
Как базовая единица информации в квантовых вычислениях, кубиты обладают уникальным преимуществом перед двоичным кодом, сохраняя несколько комбинаций нулей и единиц. Кубиты могут содержать эту информацию в виде наложений, что означает, что один кубит представляет все его возможные комбинации и может расти экспоненциально, когда он переплетается в структуры коллективных наложений. Эти структуры действуют как волны, усиливая и подавляя друг друга в процессе, известном как интерференция. В квантовых вычислениях пользователь реализует алгоритм взаимодействия со схемой из перекрывающихся, запутанных кубитов.
Квантовое эхо — это алгоритм, известный как коррелятор вне временного порядка (OTOC), который определяет состояние кубита после серии квантовых операций. Он измеряет изменения квантовых ожидаемых значений, таких как намагниченность, ток, плотность и скорость, для оценки уровней хаоса квантовых систем. Согласно Google, Quantum Echo отправляет тщательно обработанный сигнал в систему микросхем Willow, где он изменяет кубит, прежде чем обратить вспять эволюцию сигнала, тем самым создавая обратный сигнал или эхо.
Этот метод эффективен, потому что он выигрывает от конструктивных помех, что приводит к повышению чувствительности. С помощью этих процессов Google удалось экспоненциально снизить частоту ошибок своей системы, получив результаты ниже порогового значения, что означает, что его алгоритм уменьшает количество ошибок за счет увеличения количества кубитов.
Достижения
Алгоритм Google Quantum Echoes имеет серьезные последствия для стремления компании разрабатывать функциональные возможности квантовых вычислений в реальном мире. Применение этой технологии в физическом эксперименте техническим гигантом потребовало, чтобы конечные результаты соответствовали строгим стандартам точности и проверяемой сложности. Об этих достижениях свидетельствует совместный эксперимент компании с Калифорнийским университетом в Беркли, где алгоритм Quantum Echoes позволил по-новому взглянуть на структуры и поведение двух молекул.
Результаты совпали с результатами, полученными с помощью традиционных методов ядерного магнитного резонанса, которые отображают молекулярные структуры через магнитные спины в центрах атомов. Эксперимент продемонстрировал, как этот алгоритм можно использовать для лучшего понимания сложной динамики этих магнитных спинов.
Как сообщается в блоге компании, этот тест стал значительным шагом на пути к созданию квантового микроскопа «способного измерять ранее ненаблюдаемые природные явления», аналогичного телескопу или микроскопу. Эти достижения могут иметь решающее значение для разработки новых лекарств, расширения нашего понимания болезни Альцгеймера или создания новых промышленных материалов.
Хотя исследования все еще находятся на экспериментальной стадии, алгоритм указывает на мир, в котором квантовые технологии могут приближаться к определенной осуществимости. Однако эксперты предупреждают, что Google еще предстоит пройти долгий путь, прежде чем эти алгоритмы найдут практическое применение. В настоящее время он конкурирует с такими гигантами, как IBM, Microsoft и другими китайскими гигантами, за коммерциализацию этих технологий.
По крайней мере, алгоритм Quantum Echoes является положительным признаком того, что предыдущие разработки в области квантового оборудования, такие как Willow, могут в конечном итоге найти практическое применение, что обещает принести значительные выгоды медицине и материаловедению. Фактически, ученые уже начали изучать, как квантовые вычисления могут помочь в открытии новых лекарств, картировании рисков заболеваний, улучшении систем искусственного интеллекта и даже телепортации информации.