Ipinakita ng Google Quantum Echoes, isang algorithm na nagdadala ng quantum computing ng isang hakbang na mas malapit sa praktikal na utility sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng matinding performance at mga nabe-verify na resulta. Tumatakbo sa chip Wilow, ang diskarteng ito ay nai-publish sa Kalikasan at sinamahan ng karagdagang trabaho sa arXiv na tumutuon sa mga unang pang-eksperimentong aplikasyon nito.
Ang panukala ay hindi lamang ipinagmamalaki ang bilis: ang pagkalkula na gagawin ng isang supercomputer tatlong taon Ito ay nalutas sa katatapos lamang dalawang oras kasama si Willow, isang pagtalon na katumbas ng tungkol sa 13.000 beses para sa pagpapabuti. Ang mahalaga, binibigyang-diin ng mga mananaliksik, ay ang mga tugon na ito ay maaari ma-verify nang nakapag-iisa, isang bagay na susi sa paglipat mula sa laboratoryo patungo sa mga problema sa totoong mundo.
Ano ang Quantum Echoes at paano ito gumagana?
Ang Quantum Echoes ay batay sa mga correlator na wala sa temporal na kaayusan (OTOC), isang tool na sumusubaybay kung paano nagpapalaganap at nagkakasalubong ang impormasyon sa mga kumplikadong sistema ng quantum. Sa pagsasagawa, ang algorithm ay nagpapasulong sa system, nagpapakilala ng isang maliit na kaguluhan, at binabaligtad ang temporal na ebolusyon upang makinig sa "echo" na iniiwan ng impormasyong ito.
Ang echo na iyon, katulad ng isang paniktik-submarino na naghahayag ng mga nakalubog na detalye, nagbibigay-daan para sa tumpak na pagsukat ng mga phenomena na hindi makamit ng mga klasikal na pamamaraan o napakamahal upang kalkulahin. Ang protocol ng pamumuhunan ng oras Bumubuo ito ng interference sa pagitan ng palabas at pabalik na mga paglalakbay na nagpapalakas ng mga banayad na signal mula sa system.
Ang susi sa anunsyo ay ang pagpapatunayAng mga resulta ay maaaring ihambing sa iba pang mga quantum processor o, sa ilang mga kaso, na may pisikal na mga sukat sa kalikasan. Ang criterion na ito ay nagtatakda ng praktikal na bar na higit pa sa mahirap-paramihin na mga demonstrasyon.
Ang pag-unlad ay nagkaroon ng suporta ng Google Quantum AI team at mga academic collaborator, kasama ang UC Berkeley kabilang sa mga institusyong kasangkot. Binibigyang-diin ng mga tagapagsalita ng proyekto gaya nina Hartmut Neven at Tom O'Brien na ang kumbinasyon ng mga algorithm at kasalukuyang hardware ay ginagawang posible ang ganitong uri ng pagsukat sa katamtamang sukat.
Bilis, pagpapatunay, at papel ng hardware
Ang milestone ay hindi limitado sa bilis -13.000 × kumpara sa pinakamahusay na klasikal na algorithm—, ngunit upang makakuha ng resulta na magagawa ulitin at suriinAng duality na ito (speed + verification) ay sumusuporta sa ideya ng "practical quantum advantage."
Upang makamit ito, mahalaga ang hardware. Umaasa si Willow sa mga superconducting qubit na may napakababang mga rate ng error at matataas na pintuan ng baha pabilisin, dalawang mahahalagang kinakailangan para sa oras na pagbabaligtad upang gumana nang walang ingay na sumisira sa echo signal.
Gayunpaman, ang pinakamalaking teknikal na hamon ay nananatiling ingayAng pagbabawas ng mga error at pagpapanatili ng pare-pareho sa mahabang protocol ay kritikal. Ang susunod na malaking layunin sa roadmap ng Google ay a mahabang buhay na lohikal na qubit, isang hakbang bago ang mga computer na may malakihang pagwawasto ng error.
Tinatantya ng kumpanya na sa unti-unting pagpapahusay sa hardware at software, makikita nila tunay na mga aplikasyon sa loob ng isang abot-tanaw na humigit-kumulang limang taon, lalo na sa mga domain kung saan ang pagmomodelo ng quantum physics ay native (chemistry, materyales o ilang partikular na simulation).
Mga Aplikasyon: mula sa NMR hanggang sa kimika at mga materyales
Ang isa sa mga unang demonstrasyon ay nag-uugnay sa Quantum Echoes sa nuclear magnetic resonance (NMR), na ginamit upang matukoy ang istraktura ng molekular. Ang algorithm ay gumaganap bilang isang "quantum ruler" na may kakayahang maghinuha mga distansya at anggulo sa pagitan ng mga atomo, na itinutulak ang saklaw ng spectroscopy na lampas sa karaniwang mga limitasyon nito.
Sa pakikipagtulungan sa Unibersidad ng California, Berkeley, ang pamamaraan ay nasubok sa dalawang molekula (isa na may 15 atoms at ang isa ay may 28). Ang mga resulta ay pare-pareho sa tradisyonal na NMR at ibinigay din karagdagang detalye hindi karaniwang nakikita sa mga karaniwang pamamaraan, na nagpapatunay sa diskarte.
Higit pa sa mga indibidwal na molekula, ang kumbinasyong ito ng NMR at quantum computing ay maaaring mapabilis ang mga larangan tulad ng pagtuklas ng droga o ang katangian ng polimer at mga bahagi ng baterya. Mayroon ding potensyal na pag-aralan ang mga magnet o kahit na tiyak magulong proseso may kaugnayan sa pangunahing pisika.
- Chemistry at biotechnology: sukatin kung paano nakatali ang mga kandidato sa droga sa kanilang mga target.
- Agham ng Materyales: pag-aralan ang mga istrukturang molekular sa polymers, catalysts at electrolytes.
- Advanced na Spectroscopy: pahabain ang hanay ng mga nasusukat na distansya sa NMR na may higit na sensitivity.
Itinuro ng mga may-akda ang mga halimbawa tulad ng toluene y dimethylbiphenyl Sa isang preprint na pag-aaral (arXiv), na may katumpakan na maihahambing sa mga karaniwang sukat. Bagama't kulang ang peer review, ang patunay ng konsepto ay nagmumungkahi ng isang landas "quantumscopic"upang obserbahan kung ano ang dating hindi maabot.
Ano ang sinasabi ng siyentipikong komunidad
Para kay Hartmut Neven, pinuno ng Google Quantum AI, dalawa ang halaga ng gawain: mga resulta kapaki-pakinabang at napapatunayan, at isang protocol na inilalapat sa mga pisikal na problema ng interes. Ang inaasahan ay makita ang unang partikular na mga aplikasyon sa loob ng makatwirang takdang panahon.
Binibigyang-diin ni Tom O'Brien na ang utility ay nakasalalay sa kapangyarihan suriin kung ano ang kinakalkula ng isang quantum computer. Nag-aalok ang mga OTOC at time reversal ng direktang paraan upang maobserbahan kung paano ang mga quantum computer nagkakalat at bumabawi impormasyon sa mga tunay na sistema.
Itinuturo ng mananaliksik ng NMR na si Ashok Ajoy na ang pamamaraang ito ay maaari palakasin ang spectroscopy at bukas na mga pinto sa materyal na disenyo at gamot, salamat sa kakayahang sukatin ang mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga pag-ikot kahit na sa matataas na distansya.
Ang iba pang mga akademikong boses, tulad ng kay Carlos SabÃn, ay nagtatanong kabutihan: Bagama't kapansin-pansin ang pag-unlad, kailangan pa ring gawin upang sukatin ang pamamaraan na may mas mababang rate ng error. Ang pangkalahatang pagbabasa ay ito ay isang hakbang matatag na paunang patungo sa mga praktikal na kaso.
Ang proyektong Quantum Echoes ay gumuhit ng isang kawili-wiling paglipat: mga quantum algorithm na hindi lamang lumampas sa klasikal na pagkalkula sa oras, ngunit gumagawa sila ng data mapatunayan at kapaki-pakinabang para sa kimika at materyales. Sa mga pagpapahusay sa Willow at pagdating ng mga lohikal na qubit, ang "echo" na naririnig natin ngayon ay maaaring maging isang pang-araw-araw na tool sa laboratoryo.