Google: Ο αλγόριθμος «Quantum Echoes» επιτυγχάνει επαληθεύσιμο κβαντικό πλεονέκτημα

Το κβαντικό τσιπ Willow της Google εκτέλεσε επιτυχώς τον πρώτο επαληθεύσιμο αλγόριθμο, ξεπερνώντας τους ταχύτερους κλασικούς υπερυπολογιστές κατά 13.000 φορές, ανοίγοντας τον δρόμο για εφαρμογές σε τομείς όπως η ιατρική και η επιστήμη των υλικών.

Πιο συγκεκριμένα, η Google Quantum AI ανακοίνωσε μια σημαντική αλγοριθμική ανακάλυψη, παρουσιάζοντας το «Quantum Echoes», έναν αλγόριθμο που σηματοδοτεί ένα κρίσιμο βήμα προς τις πρώτες εφαρμογές κβαντικής υπολογιστικής στον πραγματικό κόσμο.

Όπως ανακοινώθηκε στις 22 Οκτωβρίου, πρόκειται για την πρώτη φορά στην ιστορία που ένας κβαντικός υπολογιστής μπορεί να εκτελέσει με επιτυχία έναν επαληθεύσιμο αλγόριθμο σε εξοπλισμό, ξεπερνώντας τις δυνατότητες των κλασικών υπερυπολογιστών.

Το Κβαντικό τσιπ Willow και η υπεροχή

Ο αλγόριθμος, που αποτελεί μια υλοποίηση του out-of-time-order correlator (OTOC), εκτελέστηκε στο κβαντικό τσιπ Willow της Google, το οποίο είχε ήδη επιδείξει την ικανότητα δραματικής καταστολής σφαλμάτων στα τέλη του 2024.

Η Google δημοσίευσε την έρευνά της στο επιστημονικό περιοδικό Nature, αποδεικνύοντας ότι το Quantum Echoes εκτελείται 13.000 φορές ταχύτερα στο Willow σε σύγκριση με τον καλύτερο κλασικό αλγόριθμο που τρέχει σε έναν από τους ισχυρότερους υπερυπολογιστές στον κόσμο.

Αυτό το επίτευγμα βασίζεται σε δεκαετίες δουλειάς, συμπεριλαμβανομένης της επιτυχούς επίδειξης το 2019, όπου ένας κβαντικός υπολογιστής έλυσε ένα πρόβλημα που θα χρειαζόταν χιλιάδες χρόνια για να λύσει ο ταχύτερος κλασικός υπερυπολογιστής.

Η «Επαληθευσιμότητα» ως ορόσημο

Το σημαντικότερο στοιχείο αυτής της ανακάλυψης είναι η επαληθευσιμότητα. Σε αντίθεση με προηγούμενες επιδείξεις κβαντικής υπεροχής (όπως το Random Circuit Sampling benchmark), ο αλγόριθμος Quantum Echoes προσομοιώνει ένα φυσικό πείραμα. Αυτό σημαίνει ότι τα αποτελέσματα μπορούν να επαναληφθούν και να επιβεβαιωθούν από οποιονδήποτε άλλο κβαντικό υπολογιστή παρόμοιας ποιότητας, κάτι που αποτελεί τη βάση για πρακτικές εφαρμογές.

Ο Βαντίμ Σμελυάνσκι, διευθυντής του Quantum Pathfinding στη Google Quantum AI, παρομοιάζει την πρωτοφανή ακρίβεια που πέτυχε το Willow με την ικανότητα «να διαβάσει κανείς το όνομα ενός χαμένου πλοίου γραμμένο στην καρίνα του, αντί απλώς να δει ένα θολό σχήμα από ένα σόναρ».

Εφαρμογές στον πραγματικό κόσμο

Ο αλγόριθμος Quantum Echoes είναι χρήσιμος για την εκμάθηση της δομής των συστημάτων στη φύση, από μόρια και μαγνήτες μέχρι μαύρες τρύπες.

Σε ένα ξεχωριστό πείραμα απόδειξης αρχής, η Google έδειξε πώς μια νέα τεχνική, που αποκαλείται «μοριακός χάρακας», μπορεί να μετρήσει μεγαλύτερες αποστάσεις σε μόρια από τις σημερινές μεθόδους, αξιοποιώντας δεδομένα Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού (NMR).

Οι κβαντικοί υπολογιστές αναμένεται να διαδραματίσουν καθοριστικό ρόλο στη μοντελοποίηση φαινομένων κβαντικής μηχανικής, όπως η δομή των μορίων. Αυτή η ικανότητα είναι θεμελιώδης για την πρόοδο σε τομείς όπως:

• Η ιατρική
• Η ανακάλυψη φαρμάκων
• Η βιοτεχνολογία
• Η επιστήμη των υλικών (π.χ. πολυμερή, εξαρτήματα μπαταριών)

Το NMR, ενισχυμένο από κβαντικούς υπολογιστές, θα μπορούσε να εξελιχθεί σε ένα ισχυρό εργαλείο, ένα «κβαντοσκόπιο», ικανό να μετρήσει φαινόμενα που προηγουμένως ήταν μη παρατηρήσιμα.

Όπως σχολιάζει ο Χάρτμουτ Νέβεν, ιδρυτής και επικεφαλής της Google Quantum AI, αυτή η ανακάλυψη «μας φέρνει πιο κοντά στους κβαντικούς υπολογιστές που μπορούν να οδηγήσουν σε σημαντικές ανακαλύψεις». Το επόμενο βήμα της Google είναι η επίτευξη του ορόσημου ενός λογικού qubit με μεγάλη διάρκεια ζωής, προχωρώντας προς την ανάπτυξη ενός κβαντικού υπολογιστή πλήρους κλίμακας με διόρθωση σφαλμάτων.