| 0 |
|
Компанія Google анонсувала великий алгоритмічний прорив, що знаменує собою значний крок до першого реального практичного застосування. Щойно опублікована в журналі Nature стаття демонструє першу в історії підтверджену квантову перевагу під час виконання алгоритму корелятора часового порядку, що не відповідає звичайному (Out-of-Order Time Correlator, OTOC), який назвали "Квантове Ехо" (Quantum Echoes).
Квантове Ехо може бути корисним для вивчення структури систем у природі – від молекул до магнітів і чорних дір. Було продемонстровано, що він працює на чіпі Willow у 13 000 разів швидше, ніж найкращий класичний алгоритм на одному з найшвидших суперкомп'ютерів у світі.
В окремому експерименті, що демонструє принцип дії, "Квантове обчислення молекулярної геометрії за допомогою багатотілових ядерних спінових відлунь" (Quantum computation of molecular geometry via many-body nuclear spin echoes), було показано, як нова техніка — "молекулярна лінійка" — може вимірювати довші відстані, ніж сучасні методи, використовуючи дані Ядерного Магнітного Резонансу (ЯМР), щоб отримати більше інформації про хімічну структуру.
Це перший раз в історії, коли будь-який квантовий комп'ютер успішно виконав підтверджений алгоритм, який перевершує можливості суперкомп'ютерів. Квантова верифікованість означає, що результат може бути повторений на квантовому комп'ютері Google — або на будь-якому іншому такого ж калібру — для отримання тієї ж відповіді, що підтверджує результат. Це повторюване, "поза-класичне" обчислення є основою для масштабованої верифікації, наближаючи квантові комп'ютери до того, щоб стати інструментами для практичного застосування.
Нова техніка працює як високорозвинене відлуння. Для цього надсилається ретельно сформований сигнал у квантову систему (кубіти на чіпі Willow), збурюється один кубіт, а потім точно повертається назад еволюція сигналу, щоб "прослухати" "ехо", яке повертається.
Це квантове ехо є особливим, тому що воно посилюється внаслідок конструктивної інтерференції — явища, коли квантові хвилі накладаються одна на одну, стаючи сильнішими. Це робить наше вимірювання неймовірно чутливим.
Ця реалізація алгоритму "Квантове Ехо" стала можливою завдяки прогресу у квантовому апаратному забезпеченні чіпа Willow. Минулого року Willow довів свою потужність за допомогою бенчмарку "Вибірка випадкових схем" (Random Circuit Sampling), тесту, розробленого для вимірювання максимальної складності квантового стану. Алгоритм "Квантове Ехо" являє собою новий клас задач, оскільки він моделює фізичний експеримент. Це означає, що даний алгоритм перевіряє не лише складність, але й точність фінального обчислення. Саме тому його називають "квантово верифіковним" — результат може бути перевірений та підтверджений іншим квантовим комп'ютером аналогічної якості. Щоб забезпечити і точність, і складність, апаратне забезпечення повинно мати дві ключові характеристики: надзвичайно низький рівень похибок та високу швидкість операцій.
Квантові комп'ютери відіграватимуть ключову роль у моделюванні квантово-механічних явищ, таких як взаємодія атомів і частинок та структура (або форма) молекул. Одним з інструментів, які вчені використовують для розуміння хімічної структури, є Ядерний Магнітний Резонанс (ЯМР), та ж сама наука, що лежить в основі технології МРТ. ЯМР діє як молекулярний мікроскоп, достатньо потужний, щоб дозволити бачити відносне положення атомів, що допомагає зрозуміти структуру молекули. Моделювання форми та динаміки молекул є основоположним у хімії, біології та матеріалознавстві, а прогрес, який допомагає робити це краще, лежить в основі досягнень у галузях, починаючи від біотехнології та сонячної енергії до ядерного синтезу.
У експерименті, що демонструє принцип дії, у партнерстві з Каліфорнійським університетом у Берклі, було запущено алгоритм "Квантове Ехо" на чіпі Willow для вивчення двох молекул, однієї з 15 атомами та іншої з 28 атомами, щоб перевірити цей підхід. Результати, отримані на квантовому комп'ютері, збіглися з результатами традиційного ЯМР, і навіть виявили інформацію, яка зазвичай недоступна за допомогою ЯМР, що є вирішальним підтвердженням зазначеного підходу.
Подібно до того, як телескоп і мікроскоп відкрили нові, невидимі світи, цей експеримент є кроком до "квантового-скопу", здатного вимірювати раніше недоступні для спостереження природні явища. ЯМР, посилений квантовими обчисленнями, може стати потужним інструментом у відкритті ліків, допомагаючи визначити, як потенційні медикаменти зв'язуються зі своїми мішенями, або в матеріалознавстві для характеристики молекулярної структури нових матеріалів, таких як полімери, компоненти батарей або навіть матеріали, з яких складаються кубіти.
Ця демонстрація першої в історії підтвердженої квантової переваги з алгоритмом "Квантове Ехо" знаменує собою значний крок до перших реальних практичних застосувань квантових обчислень.
У міру того, як йде масштабування до повномасштабного, стійкого до помилок квантового комп'ютера, очікується, що буде винайдено ще багато таких корисних реальних застосувань. Наразі розробники Google зосереджені на досягненні Етапу 3 дорожньої карти квантового обладнання — логічного кубіта з тривалим часом життя.
Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI
| 0 |
|
