Kwantowy przełom Google – jak pokonano największe wyzwania obliczeniowe?

Google ogłosiło, że przełamało kluczowe wyzwanie w dziedzinie obliczeń kwantowych dzięki nowej generacji układów scalonych. Ich nowy chip, nazwany Willow, rozwiązał skomplikowany problem obliczeniowy w pięć minut, co zajęłoby klasycznemu komputerowi więcej czasu niż cała historia wszechświata.

Podobnie jak inne giganty technologiczne, takie jak Microsoft czy IBM, Google dąży do rozwinięcia technologii obliczeń kwantowych, które obiecują prędkości obliczeń znacznie przekraczające możliwości współczesnych systemów. Choć matematyczny problem rozwiązany przez laboratorium Google Quantum AI w Santa Barbara w Kalifornii nie ma zastosowań komercyjnych, firma ma nadzieję, że komputery kwantowe w przyszłości będą w stanie rozwiązywać problemy z zakresu medycyny, chemii baterii czy sztucznej inteligencji, które obecnie są poza zasięgiem klasycznych komputerów i ludzi.

Co robi Willow?

Nowy układ Willow wyposażono w 105 „kubitów”, które są podstawowymi jednostkami komputerów kwantowych. Kubity są bardzo szybkie, ale podatne na błędy, które mogą być wywołane nawet przez drobne zakłócenia, takie jak subatomowe cząstki pochodzące z przestrzeni kosmicznej. W miarę zwiększania liczby kubitów na układzie scalonym błędy mogą się kumulować, co powoduje, że układ przestaje być wydajniejszy niż klasyczne procesory. Od lat 90. naukowcy pracują nad rozwiązaniem tego problemu za pomocą korekcji błędów kwantowych.

W opublikowanym w poniedziałek artykule w czasopiśmie Nature, Google poinformowało, że opracowało sposób na takie połączenie kubitów w układzie Willow, aby zmniejszyć wskaźnik błędów wraz ze wzrostem liczby kubitów. Firma twierdzi również, że potrafi korygować błędy w czasie rzeczywistym, co stanowi kluczowy krok w kierunku praktycznego wykorzystania komputerów kwantowych.

Komputer kwantowy coraz bliżej

Hartmut Neven, szef jednostki Google Quantum AI, powiedział: „Przekroczyliśmy punkt przełomowy”. W 2019 roku IBM zakwestionowało wcześniejsze twierdzenia Google o rozwiązaniu problemu, który miałby zająć klasycznemu komputerowi 10000 lat. Według IBM, problem można było rozwiązać w dwa i pół dnia przy użyciu innych założeń technicznych. Google wzięło pod uwagę te zastrzeżenia w nowych szacunkach i stwierdziło, że nawet w najbardziej optymistycznych warunkach klasyczny komputer potrzebowałby miliarda lat, aby uzyskać wyniki porównywalne z nowym chipem.

Nowy chip Willow został wyprodukowany w dedykowanej fabryce Google, co znacząco przyspiesza proces tworzenia kolejnych układów. Układy są chłodzone w ogromnych lodówkach zwanych kriostatami, aby umożliwić przeprowadzanie eksperymentów. „Jeśli mamy dobry pomysł, chcemy, aby ktoś z zespołu mógł jak najszybciej wprowadzić go do produkcji i eksperymentów” – powiedział Anthony Megrant, główny architekt Google Quantum AI.