Podczas gdy wszyscy obserwują postępy w AI, Google „popsuł” sam czas. Ich układ kwantowy Willow rozwiązał w 5 minut problem, który przetrwałby wszechświat.
Jak podaje Google, jednemu z najszybszych, dzisiejszych superkomputerów Frontier zajęłoby to bowiem 10 septylionów lat (10 000 000 000 000 000 000 000 000). A to więcej niż wiek wszechświata.
Hartmut Neven, założyciel Google Quantum AI napisał wręcz we wpisie na blogu, że ten układ jest tak szybki, iż musiał “pożyczyć” moc obliczeniową z innych wszechświatów. Wydajność układu wskazuje zaś, że istnieją równoległe wszechświaty i „żyjemy w multiwersum”.
Co ciekawe multiwersum – choć jest czymś z gatunku twórczości science fiction – jest również obszarem badań twórców fizyki kwantowej. „Szybkość Willow potwierdza pogląd, że obliczenia kwantowe występują w wielu równoległych wszechświatach, zgodnie z ideą, że żyjemy w multiwersum, co jako pierwszy przewidział David Deutsch” – pisze Hartmut Neven.
Komputery kwantowe wykorzystują mechanikę kwantową do obliczania wysoce złożonych problemów, których obecnie nie można rozwiązać za pomocą klasycznych komputerów.
Problem polega jednak na tym, że im więcej kubitów jest używanych w komputerze, tym bardziej są podatne na błędy. Dlatego nie jest jeszcze jasne, czy komputery kwantowe kiedykolwiek będą wystarczająco niezawodne i wydajne, aby sprostać swoim oczekiwaniom.
Celem opracowania procesora kwantowego Willow było ograniczenie tych błędów. „Nasz nowy układ demonstruje korekcję błędów i wydajność, które torują drogę do użytecznego, wielkoskalowego komputera kwantowego” – przekonuje Hartmut Neven we swoim wpisie. W procesorze Willow osiągnięto dwa, główne przełomy.
Pierwszym jest to, że Willow może wykładniczo zmniejszać błędy w miarę skalowania przy użyciu większej liczby kubitów. „Rozwiązuje to kluczowe wyzwanie w korekcji błędów kwantowych, z którym ta dziedzina mierzy się od prawie 30 lat” – opowiada Hartmut Neven. „Po drugie, Willow wykonał standardowe obliczenia testowe w mniej niż 5 minut, co zajęłoby jednemu z najszybszych dzisiejszych superkomputerów 10 septylionów lat” – dodaje.
Błędy są jednym z największych wyzwań w obliczeniach kwantowych, ponieważ kubity, jednostki obliczeniowe w komputerach kwantowych, mają tendencję do szybkiej wymiany informacji z otoczeniem. Utrudnia to ochronę informacji potrzebnych do wykonania obliczeń.
Zazwyczaj im więcej kubitów, tym więcej błędów wystąpi, a system stanie się „klasyczny”. Tymczasem w Nature opublikowano wyniki pokazujące, że im więcej kubitów używanych jest w Willow, tym bardziej redukowane są błędy i tym bardziej kwantowy staje się cały system.
„Testowaliśmy coraz większe tablice fizycznych kubitów, skalując od siatki 3×3 zakodowanych kubitów do siatki 5×5, do siatki 7×7. Za każdym razem, wykorzystując nasze najnowsze osiągnięcia w kwantowej korekcji błędów, byliśmy w stanie zmniejszyć współczynnik błędów o 50%. Innymi słowy, osiągnęliśmy wykładniczą redukcję współczynnika błędów” – opowiada Hartmut Neven.
Willow jest również jednym z pierwszych, przekonujących przykładów korekcji błędów w czasie rzeczywistym w nadprzewodzącym systemie kwantowym. Jest to kluczowe dla użytecznych obliczeń. Jeśli bowiem nie można wystarczająco szybko korygować błędów, psują one obliczenia, zanim zostaną wykonane.
„Jako pierwszy tzw. system poniżej progu jest to najbardziej przekonujący prototyp skalowalnego, logicznego kubitu zbudowanego do tej pory” – przekonuje szef Google Quantum AI. „To mocny znak, że użyteczne, bardzo duże komputery kwantowe rzeczywiście mogą zostać zbudowane. Willow przybliża nas do uruchamiania praktycznych, istotnych komercyjnie algorytmów, których nie można powielić na konwencjonalnych komputerach” – podsumowuje.
Jako miarę wydajności Willow wykorzystano test porównawczy losowego próbkowania obwodów (RCS). RCS, opracowany przez zespół Google jest najtrudniejszym testem porównawczym, jaki można wykonać na komputerze kwantowym. Sprawdza, czy komputer kwantowy wykonuje coś, czego nie można wykonać na komputerze klasycznym.
„Kolejnym wyzwaniem dla tej dziedziny będzie zademonstrowanie pierwszego ‘użytecznego, wykraczającego poza klasykę’ obliczenia na dzisiejszych układach kwantowych, które będzie miało znaczenie dla rzeczywistego zastosowania. Jesteśmy optymistami, że generacja układów Willow pomoże nam osiągnąć ten cel” – przekonuje Hartmut Neven.
