Πώς λειτουργεί ο αλγόριθμος Quantum Echoes της Google

Informatec Digital » Πόροι » Πώς λειτουργεί ο αλγόριθμος Quantum Echoes της Google

La Η κβαντική υπολογιστική δεν είναι πλέον απλώς θεωρία να αρχίσει να εμπλέκεται σε συζητήσεις σχετικά με την ιατρική, τα προηγμένα υλικά ή την κυβερνοασφάλεια. Η Google προσπαθεί εδώ και χρόνια να αποδείξει ότι τους κβαντικούς υπολογιστές τους Αυτά δεν είναι απλώς εντυπωσιακά πρωτότυπα, αλλά εργαλεία με εφαρμογές στον πραγματικό κόσμο. Με τον αλγόριθμο Quantum Echoes και το τσιπ Willow, η εταιρεία ισχυρίζεται ότι έχει επιτύχει ένα από αυτά τα ορόσημα που θα μπορούσαν να αλλάξουν τον ρυθμό αυτής της τεχνολογικής κούρσας.

Αυτός ο νέος αλγόριθμος, ένας συσχετιστής εκτός σειράς Σχεδιασμένο για να μελετήσει τον τρόπο με τον οποίο διαδίδονται οι κβαντικές πληροφορίες σε πολύπλοκα συστήματα, δεν είναι απλώς απίστευτα γρήγορο: σύμφωνα με δημοσιευμένα δεδομένα, λειτουργεί περίπου 13.000 φορές πιο γρήγορα από τους καλύτερους κλασικούς υπερυπολογιστές για μια ισοδύναμη εργασία. Αλλά αυτό που είναι πιο ενδιαφέρον είναι ότι πρόκειται για έναν επαληθεύσιμο αλγόριθμο, που σημαίνει ότι τα αποτελέσματά του μπορούν να επαναληφθούν και να ελεγχθούν σε άλλες παρόμοιες κβαντικές συσκευές - ένας βασικός παράγοντας αν θέλουμε αυτή η τεχνολογία να ξεπεράσει τα όρια του εργαστηρίου.

Τι ακριβώς είναι η Κβαντική Ηχώ και γιατί όλοι μιλάνε γι' αυτήν;

Η Κβαντική Ηχώ είναι ένα Κβαντικός αλγόριθμος τύπου OTOC (Συσχετιστής Εκτός Χρονικής Τάξης). Η κύρια λειτουργία του είναι να μετρήσει πώς αλλάζει η κατάσταση ενός qubit μετά την υποβολή ενός κβαντικού συστήματος σε μια σειρά λειτουργιών και στη συνέχεια την «επαναφορά» της εξέλιξής του. Στην πράξη, λειτουργεί ως θερμόμετρο του κβαντικού χάους: αναλύει πώς διασπείρονται οι πληροφορίες μέσα σε ένα σύνολο qubit μετρώντας ποσότητες όπως η μαγνήτιση, η πυκνότητα, τα ρεύματα και η ταχύτητα.

Αυτό που προτείνει η Google είναι να χρησιμοποιήσει αυτόν τον αλγόριθμο ως ένα είδος προσεκτικά σχεδιασμένη κβαντική ηχώΑρχικά, το τσιπ Willow λαμβάνει ένα σύνθετο κβαντικό σήμα που προκαλεί την εξέλιξη του συστήματος. Στη συνέχεια, μια μικρή διαταραχή εισάγεται σε ένα συγκεκριμένο qubit και, στη συνέχεια, εκτελείται η αντίστροφη ακολουθία λειτουργιών για να επιχειρηθεί η αναίρεση της διαδικασίας. Στο τέλος ολόκληρης αυτής της διαδικασίας, το σύστημα επιστρέφει μια κβαντική «ηχώ» της αρχικής κατάστασης, η οποία, χάρη στην εποικοδομητική συμβολή, ενισχύεται και αποκαλύπτει εξαιρετικά ακριβείς πληροφορίες σχετικά με το τι έχει συμβεί στην πορεία.

Από θεωρητική άποψη, αυτοί οι τύποι συσχετιστών εκτός τάξης χρησιμοποιούνται για τη μελέτη πώς οι πληροφορίες αναμειγνύονται και διαδίδονται σε εξαιρετικά πολύπλοκα συστήματαόπως μοντέλα που περιγράφουν μαύρες τρύπες ή εξωτικά κβαντικά υλικά. Το νέο εδώ είναι ότι, για πρώτη φορά, έχουν μεταφερθεί από τη θεωρία στο εργαστήριο με ένα πείραμα που μπορεί να επαναληφθεί και να επαληθευτεί, και το οποίο επίσης υποδεικνύει πολύ συγκεκριμένες φυσικές εφαρμογές.

Η Google παρουσίασε αυτά τα αποτελέσματα σε δύο συμπληρωματικές εργασίες: η μία δημοσιεύτηκε στο ΦύσηΜία δημοσίευση επικεντρώνεται στην επίδειξη του αλγορίθμου και του επαληθεύσιμου κβαντικού πλεονεκτήματός του, ενώ μια άλλη, που δημοσιεύτηκε στο αποθετήριο arXiv, προσανατολίζεται περισσότερο σε πιθανές εφαρμογές στη χημεία και τη φασματοσκοπία. Μεταξύ των υπογραφόντων του άρθρου στο Nature είναι ο Michel Devoret, νικητής του βραβείου Νόμπελ Φυσικής του 2025 και βασικός παράγοντας στην ανάπτυξη υπεραγώγιμων qubit.

Σύμφωνα με τους μηχανικούς της εταιρείας, Το Quantum Echoes λειτουργεί 13.000 φορές πιο γρήγορα στο τσιπ Willow ότι το καλύτερο ισοδύναμος κλασικός αλγόριθμος που εκτελείται στους πιο ισχυρούς υπερυπολογιστές του κόσμου. Στην πράξη, αυτό που μια κλασική μηχανή θα χρειαζόταν χιλιάδες ή τρισεκατομμύρια χρόνια για να λύσει, η Willow το καταφέρνει σε λίγα λεπτά, ξεπερνώντας το όριο αυτού που θεωρείται πλήρες κβαντικό πλεονέκτημα.

Βασικές αρχές της κβαντικής υπολογιστικής για την κατανόηση του αλγορίθμου

Για να πάρετε μια σαφή ιδέα για το πώς λειτουργεί η Κβαντική Ηχώ, αξίζει να θυμάστε ότι Ένας κβαντικός υπολογιστής δεν λειτουργεί με κλασικά bits.αλλά με qubits. Ενώ ένα bit μπορεί να είναι μόνο 0 ή 1, ένα qubit μπορεί να βρίσκεται σε υπέρθεση και των δύο καταστάσεων ταυτόχρονα. Αυτό επιτρέπει σε ένα σύνολο qubits να αναπαραστήσει ταυτόχρονα έναν τεράστιο αριθμό συνδυασμών μηδενικών και μονάδων.

Τα Qubits υλοποιούνται χειριζόμενοι φυσικά συστήματα όπως φωτόνια, ηλεκτρόνια, παγιδευμένα ιόντα, άτομα ή υπεραγώγιμα κυκλώματαΗ Google, όπως και άλλες εταιρείες, επενδύει σε υπεραγώγιμα qubits, άμεσους απογόνους των πειραμάτων σε μακροσκοπικά κβαντικά κυκλώματα που ξεκίνησαν ο Devoret και άλλοι ερευνητές τη δεκαετία του 1980. Αυτά τα qubits μπορούν να εμπλακούν, δηλαδή να μοιράζονται μια κοινή κβαντική κατάσταση και να σχηματίζουν συλλογικές δομές όπου οι πιθανότητες συνδυάζονται σαν κύματα.

Σε αυτό το πλαίσιο, ένας κβαντικός αλγόριθμος δεν είναι τίποτα περισσότερο από ένα ακολουθία λογικών πυλών που εφαρμόζονται σε ένα δίκτυο επικαλυπτόμενων και αλληλένδετων qubitsΚαθώς το κύκλωμα εξελίσσεται, τα πλάτη πιθανότητας ενισχύονται ή ακυρώνονται μεταξύ τους μέσω παρεμβολών. Το κόλπο είναι να σχεδιαστεί ο αλγόριθμος έτσι ώστε, στο τέλος, οι σωστές λύσεις να ενισχύονται και να γίνονται οι πιο πιθανές κατά τη μέτρηση του συστήματος.

Η εποικοδομητική παρεμβολή, ένα από τα κλειδιά για τις Κβαντικές Ηχώ, συμβαίνει όταν κβαντικά κύματα ευθυγραμμίζονται σε φάση και αθροίζονται αντί να αλληλοακυρώνονται. Εάν το κύκλωμα είναι καλά σχεδιασμένο, αυτό το φαινόμενο κάνει την τελική «ηχώ» του αλγορίθμου να ξεχωρίζει καθαρά από τον θόρυβο του περιβάλλοντος και επιτρέπει μια πολύ ευαίσθητη ανάγνωση του τρόπου με τον οποίο οι πληροφορίες έχουν διαδοθεί στο σύστημα, ακόμη και αν η ενδιάμεση διαδικασία ήταν πολύ χαοτική.

Όλα αυτά ακούγονται πολύ δυνατά, αλλά συνοδεύονται και από ένα σοβαρό πρόβλημα: η ευθραυστότητα των κβαντικών συστημάτων απέναντι στον θόρυβοΟι ελάχιστες διακυμάνσεις στη θερμοκρασία, οι δονήσεις, η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία ή οι εξωτερικές παρεμβολές μπορούν να εισαγάγουν σφάλματα στα qubits, να διαταράξουν τη συνοχή του συστήματος και να καταστρέψουν τον υπολογισμό. Επομένως, ο έλεγχος των κβαντικών σφαλμάτων και η μείωση της αποσυνοχής είναι δύο από τις σημαντικότερες προκλήσεις της βιομηχανίας.

Πώς λειτουργεί το Quantum Echoes βήμα προς βήμα στο τσιπ Willow

Η Γουίλοου είναι η τελευταία Το υπεραγώγιμο κβαντικό τσιπ της GoogleΚαι είναι το κομμάτι υλικού στο οποίο λειτουργεί το Quantum Echoes. Αυτός ο επεξεργαστής έχει ήδη τραβήξει την προσοχή ολοκληρώνοντας δοκιμές αναφοράς για δειγματοληψία τυχαίων κυκλωμάτων σε λιγότερο από πέντε λεπτά - εργασίες που ένας συμβατικός υπερυπολογιστής δεν θα μπορούσε να ολοκληρώσει σε δεκάδες εκατομμύρια χρόνια. Με το Quantum Echoes, η Willow βρίσκεται για άλλη μια φορά στο επίκεντρο.

Το βασικό σχήμα του αλγορίθμου μπορεί να γίνει κατανοητό ως μια κβαντική εμπειρία «επαναφοράς χρόνου», αν και Τίποτα δεν στέλνεται στο παρελθόνΗ διαδικασία περιλαμβάνει την εφαρμογή μιας ακολουθίας λειτουργιών στο σύστημα, την εισαγωγή μιας μικρής διαταραχής σε ένα συγκεκριμένο qubit και στη συνέχεια την εκτέλεση της ίδιας ακολουθίας αντίστροφα με εξαιρετική ακρίβεια. Εάν όλα είναι σωστά συντονισμένα, το σύστημα επιστρέφει κοντά στην αρχική του κατάσταση και απελευθερώνει μια συμβολομετρική ηχώ που περιέχει πληθώρα πληροφοριών.

Με έναν πολύ απλοποιημένο τρόπο, η διαδικασία ακολουθεί τρία κύρια στάδια: πρώτον, ένα καλά ελεγχόμενη αρχική κατάσταση σε ένα σύνολο qubitsΣτη συνέχεια, η κατάσταση αυτή αφήνεται να εξελιχθεί μέσω μιας ακολουθίας κβαντικών πυλών που την καθιστούν εξαιρετικά πολύπλοκη και χαοτική. Τέλος, εκτελείται η χρονική αντιστροφή του κυκλώματος, ένα qubit τροποποιείται στη μέση της διαδικασίας και παρατηρείται πώς αυτή η διαταραχή επηρεάζει την τελική ηχώ.

Η ομορφιά αυτής της ρύθμισης είναι ότι η ηχώ που μετριέται στο τέλος δεν είναι μια ασθενής ανάκλαση, αλλά ένα σήμα που ενισχύεται από εποικοδομητική παρέμβασηΑκριβώς για αυτόν τον λόγο, η τεχνική είναι εξαιρετικά ευαίσθητη σε μικρές αλλαγές στην εσωτερική δυναμική του συστήματος. Η Google έχει αξιοποιήσει αυτήν την ευαισθησία για να μειώσει εκθετικά το πραγματικό ποσοστό σφάλματος του τσιπ, επιτυγχάνοντας αποτελέσματα κάτω από το όριο στο οποίο η διόρθωση σφαλμάτων μεγάλης κλίμακας καθίσταται εφικτή.

Σε ορισμένα από τα πειράματα που περιγράφονται, η κβαντική μηχανή κατάφερε να λύσει το πρόβλημα σε λίγο περισσότερο από δύο ώρες, ενώ ο υπερυπολογιστής Frontier—ένας από τους ισχυρότερους στον κόσμο—θα χρειαζόταν περίπου 3,2 χρόνια συνεχούς πληροφορικής για την εκτέλεση ισοδύναμου κλασικού κώδικα. Αυτό το τεράστιο χάσμα απόδοσης, σε συνδυασμό με το γεγονός ότι το αποτέλεσμα μπορεί να επαναληφθεί σε Willow ή άλλες συσκευές παρόμοιας ποιότητας, αποτελεί τη βάση του λεγόμενου «επαληθεύσιμου κβαντικού πλεονεκτήματος».

Επιπλέον, το πρωτόκολλο που χρησιμοποιεί η Google Δεν παραμένει μια απλή άσκηση κβαντικής υπεροχής χωρίς εφαρμογήΣε αντίθεση με προηγούμενα πειράματα, τα οποία επικεντρώνονταν σε τεχνητά μαθηματικά προβλήματα που είναι δύσκολο να μεταφραστούν στον πραγματικό κόσμο, εδώ ο αλγόριθμος χρησιμοποιείται για την προσομοίωση πολύ συγκεκριμένων φυσικών διεργασιών: τη δομή και τη δυναμική πραγματικών μορίων που μελετήθηκαν επίσης με πυρηνικό μαγνητικό συντονισμό.

Επαληθεύσιμο κβαντικό πλεονέκτημα: γιατί αυτή η ανακάλυψη είναι διαφορετική

Μέχρι τώρα, πολλές ανακοινώσεις περί «κβαντικής υπεροχής» είχαν δεχτεί κριτική επειδή Δεν ήταν σαφές πώς να επαληθευτούν ανεξάρτητα τα αποτελέσματα ούτε ποια πρακτική χρήση είχαν τα λυμένα προβλήματα. Το ορόσημο της Google για το 2019, για παράδειγμα, συνίστατο στην εκτέλεση ενός υπολογισμού με τυχαία δειγματοληψία κυκλώματος που κανένας υπερυπολογιστής δεν μπορούσε να αναπαράγει σε εύλογο χρόνο, αλλά που επίσης δεν είχε καμία χρησιμότητα εκτός εργαστηρίου.

Με το Quantum Echoes, η εταιρεία επιχειρεί να διευθετήσει αυτή τη διαμάχη με ένα πείραμα που σχεδιάστηκε εξαρχής για να είναι επαληθεύσιμο και επαναλάβετε το κόλπο σε όποιον το θέλειΟ αλγόριθμος έχει υλοποιηθεί με παραμέτρους και διαμορφώσεις που άλλες ερευνητικές ομάδες, με συγκρίσιμο κβαντικό υλικό, μπορούν να επιχειρήσουν να αναπαράγουν. Επιπλέον, τα αποτελέσματα της κβαντικής προσομοίωσης συγκρίνονται με κλασικές φυσικές μετρήσεις που λαμβάνονται χρησιμοποιώντας καθιερωμένες τεχνικές.

Η «κβαντική επαληθευσιμότητα» που ισχυρίζεται η Google βασίζεται σε δύο πυλώνες: πρώτον, στο γεγονός ότι οι υπολογισμοί μπορούν να αναπαραχθούν σε άλλες παρόμοιες κβαντικές μηχανές· δεύτερον, στην πιθανότητα συγκρίνετε την έξοδο του αλγορίθμου με πειραματικά δεδομένα πυρηνική μαγνητική τομογραφία ή κλασικές προσομοιώσεις σε περιπτώσεις όπου είναι ακόμη εφικτές. Αυτή η διπλή επικύρωση προσδίδει βαρύτητα στον ισχυρισμό ότι δεν έχουμε να κάνουμε απλώς με ένα μαθηματικό κόλπο που είναι δύσκολο να επαληθευτεί.

Για να είναι εφικτός αυτός ο τύπος επίδειξης, το υλικό πρέπει να συνδυαστεί λειτουργίες υψηλής ταχύτητας με εξαιρετικά χαμηλά ποσοστά σφάλματοςΟποιαδήποτε απόκλιση στην ακολουθία αντιστροφής χρόνου καταστρέφει την τελική ηχώ. Το γεγονός ότι η Willow κατάφερε να ξεπεράσει αυτή την πρόκληση χωρίς να καταρρεύσει υποδηλώνει ότι ο έλεγχος των υπεραγώγιμων qubits έχει φτάσει σε ένα αξιοσημείωτο επίπεδο, πολύ πιο ώριμο από ό,τι πριν από λίγα χρόνια.

Ακόμα κι έτσι, αρκετοί ειδικοί συνιστούν προσοχή. Ερευνητές όπως ο Carlos Sabín, από το Τμήμα Θεωρητικής Φυσικής του Αυτόνομου Πανεπιστημίου της Μαδρίτης, επισημαίνουν ότι Έχουν ήδη ανακοινωθεί και άλλα κβαντικά πλεονεκτήματα, τα οποία στη συνέχεια αξιολογήθηκαν με συγκεκριμένους όρους. Ενώ άλλες ομάδες έχουν βελτιώσει κλασικούς αλγόριθμους ή έχουν βρει τρόπους για να προσεγγίσουν τα αποτελέσματα χρησιμοποιώντας συμβατικούς υπολογιστές, η επιστημονική κοινότητα βρίσκεται τώρα στη διαδικασία επαλήθευσης σε ποιο βαθμό το πείραμα της Google σηματοδοτεί ένα σταθερό όριο.

Εφαρμογή στη χημεία: μόρια, NMR και το όνειρο του «κβαντοσκοπίου»

Μία από τις πιο εντυπωσιακές πτυχές της Κβαντικής Ηχούς είναι η χρήση της ως εργαλείου για χημική προσομοίωση και κβαντική φασματοσκοπίαΣε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϊ, η Google εκτέλεσε τον αλγόριθμο στο Willow για να μελετήσει δύο μόρια: ένα με 15 άτομα και ένα άλλο με 28, χρησιμοποιώντας πειραματικά δεδομένα πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR) ως σημείο σύγκρισης.

Η μαγνητική τομογραφία, ο φασματοσκοπικός ξάδερφος της ιατρικής μαγνητικής τομογραφίας, λειτουργεί ως μοριακό μικροσκόπιο βασισμένο σε μαγνητικά «σπιν» των ατομικών πυρήνων. Ανιχνεύοντας πώς αυτά τα σπιν αντιδρούν στα μαγνητικά πεδία και τα σήματα ραδιοσυχνοτήτων, οι επιστήμονες μπορούν να συμπεράνουν τη σχετική θέση των ατόμων και, κατά συνέπεια, τη δομή του μορίου. Είναι ένα θεμελιώδες εργαλείο στη χημεία, τη βιολογία και την επιστήμη των υλικών.

Το πρόβλημα είναι ότι, όταν τα μόρια γίνονται μεγάλα ή οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των σπιν γίνονται πιο περίπλοκες, το Οι κλασικές μέθοδοι ερμηνείας δεδομένων NMR καθίστανται εξαιρετικά ακριβές Από υπολογιστικής άποψης. Εδώ ακριβώς έρχεται το Quantum Echoes: η ικανότητά του να παρακολουθεί την εσωτερική κβαντική δυναμική ενός χαοτικού συστήματος του επιτρέπει να μοντελοποιεί πιο αποτελεσματικά τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των σπιν σε μεγάλες αποστάσεις.

Στην απόδειξη της έννοιας που πραγματοποιήθηκε με το Berkeley, τα αποτελέσματα που ελήφθησαν με τον κβαντικό αλγόριθμο Συνέπεσαν με τις παραδοσιακές μετρήσεις μαγνητικής τομογραφίας. και για τα δύο μόρια, γεγονός που αντιπροσώπευε την πρώτη ισχυρή επικύρωση της προσέγγισης. Επιπλέον, όμως, η κβαντική ανάλυση αποκάλυψε περαιτέρω λεπτομέρειες σχετικά με τη δυναμική του σπιν που κανονικά δεν μπορούν να ληφθούν με κλασικές τεχνικές, υποδεικνύοντας μεγαλύτερη ευαισθησία.

Ερευνητές όπως ο Ashok Ajoy, συνεργάτης της Google Quantum AI και καθηγητής στο Μπέρκλεϋ, μιλούν ήδη για ένα μέλλον. «Κβαντική φασματοσκοπία» ικανή να υπερβαίνει τα τρέχοντα όριαΣε αυτό το σενάριο, ο συνδυασμός του πειραματικού NMR με κβαντικούς αλγόριθμους όπως το Quantum Echoes θα μπορούσε να γίνει ένα κορυφαίο εργαλείο για την ανακάλυψη νέων φαρμάκων, την καλύτερη κατανόηση σύνθετων ασθενειών όπως η νόσος Αλτσχάιμερ ή το σχεδιασμό προηγμένων υλικών για μπαταρίες, πολυμερή ή ακόμα και υπεραγώγιμα qubits.

Πιθανές επιπτώσεις στην ιατρική, την επιστήμη υλικών και άλλες βιομηχανίες

Εάν οι υποσχέσεις της Google υλοποιηθούν, το Quantum Echoes θα μπορούσε να είναι το πρώτο σοβαρό βήμα προς την... κβαντικοί υπολογιστές με απτές εφαρμογές στον πραγματικό κόσμοΗ ικανότητα ακριβούς μοντελοποίησης κβαντικών συστημάτων πολλών σωμάτων έχει άμεσες επιπτώσεις σε τομείς όπως η υπολογιστική χημεία, όπου η προσομοίωση πολύπλοκων ηλεκτρονικών αλληλεπιδράσεων είναι ένα σχεδόν απαγορευτικό πρόβλημα για την κλασική πληροφορική.

Στον βιοϊατρικό τομέα, αυτό μεταφράζεται στη δυνατότητα να εξερευνήσουν τον χώρο των μορίων υποψήφιων φαρμάκων πολύ πιο αποτελεσματικάΑντί να δοκιμάζει τυφλά χιλιάδες ενώσεις, ένας κβαντικός υπολογιστής θα μπορούσε να βοηθήσει στην πρόβλεψη ποιες δομές ταιριάζουν καλύτερα σε έναν συγκεκριμένο βιολογικό στόχο, επιταχύνοντας την ανάπτυξη θεραπειών για νευροεκφυλιστικές ασθένειες, καρκίνο ή άλλες πολύπλοκες ασθένειες.

Στην επιστήμη των υλικών, η ίδια λογική ισχύει και για σχεδιάζουν νέες ενώσεις με συγκεκριμένες ιδιότητεςΠιο σταθεροί υπεραγωγοί, υλικά μπαταριών με υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα, προηγμένα πολυμερή ή ελαφρύτερα και ισχυρότερα κράματα. Ο έλεγχος της κβαντικής δυναμικής σε μικροσκοπικό επίπεδο κάνει τη διαφορά μεταξύ της δοκιμής τυχαίων συνδυασμών και της βελτιστοποίησης των αποτελεσμάτων με μια αξιόπιστη προσομοίωση.

Σε όλα αυτά προστίθεται ο πιθανός αντίκτυπος σε τομείς όπως η κυβερνοασφάλεια. Παρόλο που το ίδιο το Quantum Echoes δεν στοχεύει στην παραβίαση της κρυπτογράφησης, αποτελεί μέρος του το ίδιο κύμα προόδου που φέρνει τις κβαντικές μηχανές πιο κοντά στο να γίνουν χρήσιμεςΗ κοινότητα ασφαλείας μιλάει ήδη για τη στρατηγική «συγκομιδή τώρα, αποκρυπτογράφηση αργότερα»: κλοπή δεδομένων σήμερα για την αποκρυπτογράφησή τους όταν υπάρχουν κβαντικοί υπολογιστές που είναι ικανοί να παραβιάσουν τους τρέχοντες κρυπτογραφικούς αλγόριθμους, γεγονός που έχει οδηγήσει οργανισμούς όπως η Ευρωπαϊκή Ένωση και ο ENISA να σχεδιάσουν τη μετάβαση σε μετα-κβαντικά συστήματα.

Σε γεωπολιτικό επίπεδο, η κίνηση της Google εντάσσεται σε ένα Σφοδρός ανταγωνισμός με κολοσσούς όπως η IBM, η Microsoft και αρκετούς Κινέζους παίκτεςΠλατφόρμες όπως η Wukong στην Κίνα ή οι εξελίξεις της IBM σε υπεραγώγιμα qubits και μακράς διαρκείας λογικά qubits, δείχνουν ότι κανείς δεν θέλει να μείνει πίσω. Το επαληθεύσιμο κβαντικό πλεονέκτημα που ισχυρίζεται η Google είναι, εκτός από επιστημονική πρόοδος, ένα στρατηγικό μήνυμα σχετικά με τη θέση της σε αυτήν την κούρσα.

Τρέχοντες περιορισμοί και σκεπτικισμός εντός της επιστημονικής κοινότητας

Δεν είναι όλα πυροτεχνήματα. Αν και το πείραμα Quantum Echoes αντιπροσωπεύει ένα άλμα προς τα εμπρός σε σχέση με προηγούμενα ορόσημα, αρκετοί ειδικοί τονίζουν ότι Βρισκόμαστε ακόμη σαφώς σε πειραματικό στάδιο.Προς το παρόν, οι επιδείξεις έχουν πραγματοποιηθεί με σχετικά μικρά μόρια και με κβαντικά κυκλώματα τα οποία, αν και εντυπωσιακά, απέχουν πολύ από αυτό που θα χρειαζόταν για την αντιμετώπιση βιομηχανικών προβλημάτων μεγάλης κλίμακας.

Σύμφωνα με εκτιμήσεις που συγκέντρωσε η ίδια η Google, για να φτάσουν τα μόρια που απαιτούν περίπου 50 φυσικά qubits σχετικής πολυπλοκότηταςΑυτό θα απαιτούσε την εκτέλεση από εκατοντάδες χιλιάδες έως αρκετά εκατομμύρια κβαντικές λογικές πύλες. Αυτός ο αριθμός είναι πολύ πάνω από τις 792 πύλες που χρησιμοποιούνται στα τρέχοντα πειράματα, και οι τεχνικές μετριασμού σφαλμάτων που λειτουργούν σε αυτό το καθεστώς ενδέχεται να μην κλιμακώνονται καλά σε πολύ βαθύτερα κυκλώματα.

Μία από τις επαναλαμβανόμενες επικρίσεις είναι ότι, αν και η επίδειξη δείχνει ένα πραγματικό κβαντικό πλεονέκτημα, Δεν έχει ακόμη αποδειχθεί η πρακτική χρήση με υψηλό αντίκτυποΜε άλλα λόγια, ο αλγόριθμος έχει χρησιμεύσει για την επικύρωση μεθόδων και τη μελέτη συστημάτων που μπορούν να αντιμετωπιστούν με βελτιωμένες κλασικές τεχνικές, αλλά δεν έχει ακόμη λύσει ένα πρόβλημα που ήταν εντελώς ανέφικτο για την κλασική πληροφορική σε ένα συγκεκριμένο βιομηχανικό ή ιατρικό πλαίσιο.

Επιπλέον, το ζήτημα της διόρθωσης σφαλμάτων παραμένει ένα εμπόδιο. Η λειτουργία κβαντικών υπολογιστών μεγάλης κλίμακας απαιτεί Ισχυρά λογικά qubits κατασκευασμένα από πολλά φυσικά qubitsέτσι ώστε να μπορούν να εντοπιστούν και να διορθωθούν μεμονωμένα σφάλματα χωρίς απώλεια πληροφοριών. Η Google έχει προσδιορίσει αυτόν τον στόχο ως το ορόσημο 3 του κβαντικού οδικού χάρτη της: την επίτευξη ενός μακρόβιου λογικού qubit που μπορεί να αντέξει τις απαιτήσεις εκτέλεσης πολύπλοκων αλγορίθμων χωρίς να παρουσιάζει σφάλματα.

Παρά τις επιφυλάξεις αυτές, ακόμη και οι πιο επιφυλακτικές φωνές αναγνωρίζουν ότι Οι Κβαντικές Ηχώ μπορεί να είναι ένα σημαντικό προκαταρκτικό βήμα προς την κατεύθυνση της επίδειξης πρακτικής χρησιμότητας. Το κλειδί θα είναι να δούμε αν άλλα εργαστήρια μπορούν να αναπαράγουν το πείραμα, να βελτιώσουν τους ανταγωνιστικούς κλασικούς αλγόριθμους και, πάνω απ' όλα, να κλιμακώσουν αυτές τις τεχνικές σε συστήματα με περισσότερα qubits και περισσότερες πύλες χωρίς τα σφάλματα να εκτοξεύονται στα ύψη.

Κοιτάζοντας τη συνολική εικόνα, το Quantum Echoes διαμορφώνεται ως ένα ένα σαφές σημάδι ότι το κβαντικό υλικό και το λογισμικό προχωρούν παράλληλαΗ Willow καταδεικνύει ότι είναι δυνατό να λειτουργήσει κανείς με αρκετά χαμηλά ποσοστά σφάλματος ώστε να επιτρέπει ευαίσθητα πρωτόκολλα αντιστροφής χρόνου, ενώ ο αλγόριθμος ανοίγει την πόρτα σε εφαρμογές που αντιμετωπίζουν άμεσα φυσικά προβλήματα του πραγματικού κόσμου. Υπάρχει ακόμη μακρύς δρόμος μπροστά μας, αλλά οι πρώτες ηχώ της εφαρμοσμένης κβαντικής υπολογιστικής αρχίζουν να ακούγονται δυνατά.

σχετικό άρθρο:

Το Google AI Overviews φτάνει στην Ισπανία: τι είναι και πώς αλλάζει την αναζήτηση