Quantum Echoes: Google впервые в истории продемонтрировали верифицируемое квантовое превосходство
Сегодня в Nature вышла очень громкая статья от Google под названием "Наш алгоритм Quantum Echoes – это большой шаг на пути к реальным прикладным задачам квантовых вычислений". В ней, по сути, описано первое в истории выполнение физически осмысленного и верифицируемого алгоритма на квантовом чипе.
Эксперимент провели на чипе Willow. Мы о нем вот тут подробно рассказывали, он тоже в свое время был прорывом. Сам алгоритм называется Quantum Echoes и суть его вот в чем:
➖ В систему из 105 кубитов запускают некоторый сигнал – длинную последовательность операций. Эти операции перемешивают состояния кубитов и создают сложную квантовую суперпозицию.
➖ После этого один конкретный кубит слегка возмущают (например, применяют к нему фазовый сдвиг). Это наш источник ошибки и событие, от которого мы хотим отследить распространение.
➖ Теперь выполняется обратная эволюция: те же самые операции, но в обратном порядке. Если бы возмущения не было, система бы вернулась точно в исходное состояние. Но квантовые вычисления – это хаос, и наш возмущенный кубит может очень быстро заразить остальные. Тогда информацию уже просто так не восстановишь.
➖ После обратной эволюции мы измеряем разницу между исходным состоянием и итоговым. И вот тут кроется главный прорыв: Google доказали, что их система впервые оказалась настолько стабильна, чтобы даже после возмущения сохранять информацию с достаточной точностью.
Раньше подобное работало только на игрушечных системах до 10 кубитов. 105 кубит – совсем другой уровень. К тому же, на обычных суперкомпьютерах такие вычисления провести уже почти невозможно: это заняло бы в 13000 раз больше времени.
А еще это воспроизводимый результат, что само по себе тоже редкость для квантовых систем.
Все это значит, что понемногу мы приближаемся к возможности моделировать сложные квантовые явления, от молекул до черных дыр.
Например, Google вместе с UC Berkeley уже попробовали запустить Quantum Echoes для моделирования пары молекул на 15 и 28 атомов. Результаты совпали с традиционной НМР-спектроскопией, но дополнительно дали информацию, обычно недоступную НМР. Получится этакий квантовый микроскоп на минималках, который на горизонте может стать абсолютным прорывом в материаловедении и поиске лекарств.
