A Google Willow chipje 13 000-szer gyorsabban futtatja a kvantum algoritmust, mint a szuperszámítógépek: íme, hogyan teszi ezt lehetővé a szupravezető kialakítása

A Google bejelentette, hogy jelentős áttörést ért el a használható kvantumszámítástechnika megvalósítására tett erőfeszítéseivel. A vállalat Willow processzora a beszámolók szerint mintegy 13 000-szer gyorsabban hajtott végre egy összetett Quantum Echoes algoritmust, mint a jelenlegi leggyorsabb klasszikus szuperszámítógépek.

A Willow jelentős ugrást jelent a Google 2019-es áttöréséhez képest, amelyet a Sycamore chippel ért el. Utóbbival ellentétben az előbbi szupravezető chipnek valós értéke van. A Nature című szaklapban közzétett eredmények szerint a mesterséges intelligencia fejlesztésében, a kémiai modellezésben és a fejlett anyagkutatásban bizonyítottan alkalmazható.

Így működik a Google szupravezető kvantumchipje

A Willow-chip 105 szupravezető qubitet alkalmaz (a qubit a kvantumbit rövidítése, amely a kvantumszámítástechnikában az információ alapegysége; hasonló a klasszikus számítástechnikában használt bithez). Minden qubit egy-egy látszatatomként működik, és képes szuperpozícióban vagy egyszerre több állapotban tárolni az információt.

Amikor a qubitek összefonódnak (ez egy olyan állapot, amikor két vagy több qubit hatással van egymásra, függetlenül a köztük lévő távolságtól), akkor valós időben továbbítják a kvantuminformációt. Ez lehetővé teszi a processzor számára, hogy egyszerre több megoldást elemezzen.

A kvantumrendszereknek stabilnak kell lenniük ahhoz, hogy kvantumállapotaik között időben kiszámítható kapcsolatot tartsanak fenn. Ezért a Google úgy tervezte meg a Willow-t, hogy közel abszolút nulla fokon működjön, kizárva a hőt és a rezgési interferenciát.

A chip architektúráját a sebességre és a pontosságra optimalizálták, és a kísérlet során 99,97 százalékos egykvantumos, illetve 99,88 százalékos összefonódó kapu hűségről számoltak be. Ezáltal a Willow ideális nagyméretű kvantumalgoritmusok futtatására.

(A kapuhűség azt méri, hogyan működik egy kvantumkapu az ideális, hibamentes változatához képest. Minél közelebb van a 100 százalékhoz, annál inkább úgy viselkedik, mint az elméleti modellje)

Hogyan validálta a Google a Willow kvantumszámítási képességeit?

A Willow projekt az ellenőrizhetősége miatt különleges. Annak köszönhetően, hogy a Quantum Echoes algoritmus eredményei különböző gépeken vagy laboratóriumi körülmények között validálhatók, a Google képes volt teljesíteni a kvantumos fölény állításához szükséges legfontosabb követelményeket.

A Quantum Echoes algoritmus segítségével a kutatók a klasszikus szimulációkhoz képest pontosabban tudják modellezni a molekulák viselkedését, a kémiai kötéseket és az elektronszerkezeteket. A chip egy olyan szuperszámítógépet hajtott meg, amely megoldotta az algoritmust, és egy klasszikus szuperszámítógéphez képest tizenháromezred annyi idő alatt szolgáltatott eredményeket.

Mint Tom O'Brien, a Google kutatója elmondta, a Willow reprodukálhatósága az, ami elválasztja az elméleti és a gyakorlati áttörést. Kijelentette: "Ha nem tudjuk bizonyítani, hogy az adatok helyesek, nem tudunk velük mit kezdeni"

A projekt egy másik kutatója, a Nobel-díjas Michel H. Devoret, aki a projektet vezető fizikus volt, így nyilatkozott: "Megmutattuk, hogy az elektromos áramkörök úgy viselkedhetnek, mint az atomok. Most megmutatjuk, hogy ezek a mesterséges atomok mire képesek"

Mit jelent a Google Willow kvantumszámítógépes áttörése a mesterséges intelligencia és a tudomány számára?

A Willow szupravezető chip segítségével a tudósok nagymértékben csökkenthetik a biológiai rendszerek szimulációjához szükséges időt. Emellett olyan forgatókönyvek kezelésére is alkalmas, amelyekben a klasszikus számítástechnika nem képes pontos adatkészleteket generálni.

A Google processzora új anyagtervezéseknél és az adattakarékos mesterséges intelligencia-rendszerek képzésénél is alkalmazható. Ha a Willow-féle áttörés további validálást nyer, a kvantumszámítás a gyakorlatiasság és a méretezhetőség küszöbére léphet az ipari problémák megoldásában.