Преди няколко години Google предизвика фурор, твърдейки, че е постигнала „квантово превъзходство“ – извършване на операция, невъзможна за класически компютър. Това твърдение бързо беше оспорено, тъй като бяха открити нови класически методи за решаване на същата задача.
Оттогава фокусът в областта се измести от „превъзходство“ към два по-практични показателя: квантова полезност (извършване на нещо практическо) и квантово предимство (извършване на нещо значително по-бързо от най-добрия класически компютър).
Днес Google, заедно с академични партньори, публикува статия, описваща изчислителен подход, който демонстрира точно такова квантово предимство и освен това може да се окаже полезен в реалния свят.
Методът на „квантовите ехота“
Новият подход на Google е съсредоточен върху нещо, наречено „квантови ехота“. Вместо сложна физика, Тим О'Брайън от Google го обяснява с аналогия: „Представете си, че еволюирате системата напред във времето, след това прилагате малко смущение тип 'ефект на пеперудата' и накрая я еволюирате назад във времето.“
В класическия свят бихте се върнали почти в началото. Но в квантовия свят се случва нещо странно: еволюциите напред и назад си „пречат“ взаимно (интерферират). Точно тази квантова интерференция, причинена от малкото смущение, носи ценната информация. Техническият термин за този процес е „корелации извън времевия ред“ (OTOC).
Предимството: Часове срещу години
Едно „ехо“ само по себе си не казва много. За да се разбере моделът на интерференция, процесът трябва да се повтори хиляди пъти. Именно тук идва квантовото предимство. Симулирането на този сложен, повтарящ се процес на класически суперкомпютър е изключително бавно.
В статията се изчислява, че измерване, което на квантовия компютър на Google отнема 2,1 часа, би отнело на най-мощния класически суперкомпютър (Frontier) приблизително 3,2 години. Освен ако някой не измисли драстично по-добър класически алгоритъм, това изглежда е солидно квантово предимство.
Полезността: От компютри до молекули (с TARDIS)
Но бързо ли е за нещо полезно? Google вярва, че отговорът е „да“. Те твърдят, че този метод може да моделира реална физическа система: поведението на молекули в апарат за Ядрено-магнитен резонанс (ЯМР).
ЯМР се използва за определяне на структурата на молекули, като измерва как атомните ядра си влияят взаимно. Проблемът е, че съвременните ЯМР методи са ограничени основно до измерване на взаимодействия между близки атоми.
Изследователите са успели да използват ЯМР апарат, за да създадат физически еквивалент на „квантово ехо“ в самата молекула. Те дори са му измислили закачлив прякор: TARDIS (Time-Accurate Reversal of Dipolar InteractionS).
Този метод TARDIS позволява на учените да измерят как смущенията се разпространяват в цялата мрежа от атоми в молекулата, потенциално разкривайки структурна информация на много по-големи разстояния, отколкото е възможно в момента.
Уловката: Предимство и полезност, но не едновременно
Тук идва и най-важната подробност. Засега работата е „доказателство за концепцията“, проведено върху много прости молекули. Моделирането на тези прости молекули (което изисква само 15 кюбита) може да се извърши и на класически компютър.
С други думи, Google споделя за:
Квантово предимство (часове срещу години) при извършване на сложна, абстрактна симулация.
Квантова полезност (методът TARDIS) при прост експеримент с малка молекула.
Компанията не е демонстрирала двете едновременно. За да се моделират молекули, които са твърде сложни за класическите суперкомпютри (т.е. да се обединят предимството и полезността), хардуерът на Google ще трябва да стане около три-четири пъти по-точен.
Освен това, резултатите от сложните симулации не могат да бъдат лесно проверени от класически компютър. За проверка ще е необходим друг, също толкова мощен квантов компютър, а Google твърди, че в момента такъв няма.
