A vállalat legújabb Willow kvantumchipjén bemutatta az első olyan algoritmust, amely hardveren ellenőrizhető kvantumelőnyt ér el.

A Google Quantum AI kutatócsoportja egy újabb mérföldkőhöz érkezett a kvantumszámítástechnika fejlődésében. A vállalat legújabb Willow kvantumchipje bemutatta az első olyan algoritmust, amely hardveren ellenőrizhető kvantumelőnyt ér el – ez a megoldás 13 000-szer gyorsabb, mint a világ egyik legfejlettebb klasszikus szuperszámítógépén futó algoritmus.

A bejelentést Hartmut Neven, a Google Quantum AI alapítója és vezetője, valamint Vadim Szmeljanszkij, a Quantum Pathfinding igazgatója tette. A kutatás eredményei a Nature folyóiratban jelentek meg, és a csapat szerint ez a felfedezés jelentős lépést jelent a kvantumszámítástechnika valós alkalmazásai felé.

Ellenőrizhető kvantumelőny – új fejezet a kutatásban

A kutatók által kifejlesztett Quantum Echoes algoritmus az első olyan megoldás, amely képes ellenőrizhető kvantumelőnyt demonstrálni. Ez azt jelenti, hogy az algoritmus futása más, hasonló kaliberű kvantumszámítógépeken is megismételhető, és ugyanazt az eredményt adja. A jelenség a kvantumverifikáció alapját képezi, amely a jövőben lehetővé teheti a kvantumszámítás megbízható és skálázható alkalmazását.

Az algoritmus működése egy visszhanghoz hasonlítható. A kutatók gondosan megtervezett jelet küldenek a kvantumrendszerbe, majd egy qubit perturbálásával megfigyelik, hogyan terjed a zavar. A jel visszafordításával észlelt „kvantumvisszhang” olyan konstruktív interferenciát hoz létre, amely rendkívüli pontosságot biztosít a mérésben.

A kísérlet a Willow chip 105 qubites tömbjén zajlott, négy lépésben: előrefuttatás, perturbálás, visszafuttatás és mérés. A folyamat feltárta, hogyan terjed a zavar a chipen, és megerősítette, hogy a Quantum Echoes algoritmus képes megbízhatóan modellezni a fizikai rendszereket.

A hardver ereje: a Willow chip

A Quantum Echoes algoritmus megvalósítását a Willow kvantumchip tette lehetővé, amely már korábban is bizonyította képességeit a Random Circuit Sampling teszt során. A mostani kísérlet azonban még nagyobb kihívást jelentett, hiszen nem csupán a kvantumállapotok bonyolultságát, hanem a számítások fizikai pontosságát is értékelni kellett.

A hardvernek ehhez két kulcsfontosságú tulajdonsággal kellett rendelkeznie: rendkívül alacsony hibaszázalékkal és nagy működési sebességgel. Ezek biztosították, hogy a kvantumvisszhangot pontosan és reprodukálhatóan lehessen mérni.

A valós alkalmazások felé

A kvantumszámítógépek jövőbeni alkalmazásai között kiemelt helyet foglal el a molekulák és anyagok szerkezetének modellezése. A kutatók a Kaliforniai Egyetem, Berkeley partnereként olyan kísérleteket végeztek, amelyek során a Quantum Echoes algoritmust két molekula – egy 15 és egy 28 atomos szerkezet – elemzésére használták.

Az eredmények nemcsak megegyeztek a klasszikus mágneses magrezonancia (NMR) mérésekkel, hanem többletinformációt is nyújtottak a molekuláris szerkezetről. Ez a megközelítés lehetőséget kínál arra, hogy a kvantumszámítógépek a jövőben „kvantumszkópként” működjenek – olyan eszközként, amely képes feltárni a természet korábban láthatatlan jelenségeit.

A kvantumtechnológiával továbbfejlesztett NMR különösen ígéretes lehet az orvostudományban és az anyagtudományban. A gyógyszerkutatásban például segíthet pontosabban megérteni, hogyan kötődnek a molekulák a célfehérjékhez, míg az ipari kutatásokban hozzájárulhat új akkumulátoranyagok, polimerek vagy kvantumchipek alapanyagainak fejlesztéséhez.

A következő mérföldkő: hibajavított kvantumszámítógép

A Quantum Echoes algoritmus demonstrációja mérföldkő a kvantumszámítástechnika történetében, de a kutatók szerint ez csupán a kezdet. A Google Quantum AI csapata jelenleg a harmadik fejlesztési mérföldkő elérésére összpontosít: egy hosszú élettartamú logikai qubit megalkotására.

A hibajavított, nagy léptékben skálázható kvantumszámítógép megvalósítása nyithatja meg az utat a valós, hasznos kvantumalkalmazások előtt – a kémiai szimulációktól a biotechnológián át egészen az anyagtudományi áttörésekig.

A Google Quantum AI kutatóinak legújabb eredménye azt mutatja, hogy a kvantumszámítástechnika többé nem csupán elméleti ígéret. A Quantum Echoes algoritmus egyértelműen bizonyítja, hogy a kvantumgépek képesek ellenőrizhető, megismételhető és a klasszikus rendszereknél gyorsabb számításokat végezni – ez pedig az első konkrét lépés a kvantumtechnológia gyakorlati korszakának hajnalán.