Чип Willow от Google выполняет квантовый алгоритм в 13 000 раз быстрее, чем суперкомпьютеры: вот как его сверхпроводящая конструкция делает это возможным

Компания Google объявила о значительном прорыве в своих усилиях по достижению пригодных для использования квантовых вычислений. Как сообщается, процессор Willow компании выполняет сложный алгоритм Quantum Echoes примерно в 13 000 раз быстрее, чем самые быстрые классические суперкомпьютеры на сегодняшний день.

Willow представляет собой значительный скачок по сравнению с прорывом Google с чипом Sycamore в 2019 году. В отличие от последнего, первый сверхпроводящий чип имеет реальную ценность. Согласно результатам, опубликованным в журнале Nature, он находит применение в разработке искусственного интеллекта, химическом моделировании и исследованиях передовых материалов.

Как работает сверхпроводящий квантовый чип Google

В микросхеме Willow используется 105 сверхпроводящих кубитов (qubit - это сокращение от quantum bit, основной единицы информации в квантовых вычислениях; он похож на бит в классических вычислениях). Каждый кубит функционирует как макет атома и может хранить информацию в суперпозиции или в нескольких состояниях одновременно.

Когда кубиты запутываются (состояние, при котором два или более кубита оказывают влияние друг на друга, независимо от расстояния между ними), они передают квантовую информацию в режиме реального времени. Это позволяет процессору анализировать несколько решений одновременно.

Квантовые системы должны быть стабильными, чтобы поддерживать предсказуемую связь между их квантовыми состояниями с течением времени. Поэтому Google разработал Willow для работы при температуре, близкой к абсолютному нулю, исключающей тепло и вибрационные помехи.

Архитектура чипа оптимизирована для скорости и точности, и эксперимент показал, что точность работы одноквитовых ворот составляет 99,97%, а запутывающих ворот - 99,88%. Это делает Willow идеальным для выполнения крупномасштабных квантовых алгоритмов.

(Верность врат - это мера того, как функционируют квантовые врата по сравнению с их идеальной, безошибочной версией. Чем ближе к 100 процентам, тем больше он похож на свою теоретическую модель)

Как Google подтвердил мастерство квантовых вычислений Willow

Особенность проекта Willow заключается в его проверяемости. Благодаря возможности проверки результатов алгоритма Quantum Echoes на разных машинах или в разных лабораторных условиях, компания Google смогла выполнить ключевые требования, позволяющие заявить о квантовом превосходстве.

Алгоритм Quantum Echoes помогает исследователям моделировать поведение молекул, химические связи и электронные структуры более точно, чем классическое моделирование. Чип питал суперкомпьютер, который решал этот алгоритм, выдавая результаты за одну тринадцатую тысячной времени, которое потребовалось бы классическому суперкомпьютеру.

Как сказал исследователь Google Том О'Брайен, воспроизводимость результатов Willow - это то, что разделяет теоретические и практические прорывы. Он заявил: "Если мы не можем доказать, что данные верны, мы не сможем ничего с ними сделать"

Другой исследователь проекта, нобелевский лауреат Мишель Х. Деворет, который был ведущим физиком, сказал: "Мы показали, что электрические цепи могут вести себя как атомы. Теперь мы показываем, что могут делать эти искусственные атомы"

Что означает прорыв Google в области квантовых вычислений Willow для ИИ и науки?

Сверхпроводниковый чип Willow может помочь значительно сократить время, необходимое ученым для моделирования биологических систем. Он также способен справиться со сценариями, в которых классические вычисления не могут генерировать точные наборы данных.

Процессор Google также может быть использован для разработки новых материалов и для обучения эффективных в плане данных систем искусственного интеллекта. При дальнейшей проверке прорыв Willow может привести квантовые вычисления к порогу практичности и масштабируемости в решении промышленных задач.