Sciencemag.cz
Doporučujeme
Kvantový čip Google Willow má představovat vůbec první algoritmus, který dosahuje ověřitelné kvantové výhody na hardwaru, praví tisková zpráva Googlu. Co to ale znamená a co z toho vyplývá?
Nový výzkum poprvé v historii dokazuje, že kvantový počítač může úspěšně spustit ověřitelný algoritmus na hardwaru a překonat tak i nejrychlejší klasické superpočítače (v tomto případě je 13 000krát rychlejší). Konkrétní úloha se týká výpočtu struktury molekuly.
Kvantovou výhodu (nadřazenost, supremacy/advantage) Google demonstroval již v roce 2019. Jaký je v tom nyní rozdíl? Nový kvantový čip Willow dokáže podstatně potlačit chyby provázející běh kvantového algoritmu. Google mluví o „ověřitelných výhodách“ (verifiable quantum advantage) kvantového algoritmu Echoes. Konkrétně praví tisková zpráva: Je to poprvé v historii, kdy kvantový počítač úspěšně spustil ověřitelný algoritmus, který překonává schopnosti /klasických/ superpočítačů. Kvantová ověřitelnost znamená, že výsledek lze zopakovat na našem kvantovém počítači – nebo na jakémkoli jiném počítači stejné úrovně – a získat stejnou odpověď, čímž se výsledek potvrdí. Tento opakovatelný, nadklasický výpočet je základem pro škálovatelné ověření, díky kterému se kvantové počítače přibližují k tomu, aby se staly nástroji pro praktické aplikace.
Naše nová technika funguje jako vysoce pokročilá ozvěna. Do našeho kvantového systému (qubity na čipu Willow) vysíláme pečlivě vytvořený signál, narušíme jeden qubit a poté přesně obracíme vývoj signálu, abychom naslouchali vracející se „ozvěně“. Toto kvantové echo je speciální tím, že je zesíleno konstruktivní interferencí – jevem, při kterém se kvantové vlny sčítají a stávají se silnějšími. Díky tomu je měření neuvěřitelně citlivé.
Samotná implementace algoritmu Quantum Echoes je umožněna pokroky v kvantovém hardwaru čipu Willow. … Algoritmus Quantum Echoes odpovídá na novou třídu výzev, protože modeluje fyzikální experiment. To znamená, že tento algoritmus testuje nejen složitost, ale také přesnost konečného výpočtu. Proto jej nazýváme „kvantově ověřitelným“, což znamená, že výsledek lze porovnat a ověřit pomocí jiného kvantového počítače podobné kvality. Aby bylo možné dosáhnout jak přesnosti, tak složitosti (míněna výpočetní složitost, ale to je vlastnost algoritmu, ne hardwaru?), musí mít hardware dvě klíčové vlastnosti: extrémně nízkou chybovost a vysokou rychlost operací.
V experimentu ověřujícím princip ve spolupráci s Kalifornskou univerzitou v Berkeley vědci z Googlu spustili algoritmus Quantum Echoes na čipu Willow, aby studovali dvě molekuly, jednu s 15 atomy a druhou s 28 atomy. Výsledky na kvantovém počítači se shodovaly s tradiční NMR, ale navíc odhalily informace, které NMR obvykle neposkytuje…
Vedle samotných molekul (aplikace: vývoj léků, materiálů atd.) by algoritmus mohl dokázat i efektivní popis jiných struktur, např. magnetů nebo i černých děr.
Google Quantum AI and Collaborators. Observation of constructive interference at the edge of quantum ergodicity. Nature 646, 825–830 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09526-6
Poznámky PH:
Samotná kvantová výhoda není nic nového. Navíc zde nejde o případ, kdy kvantový algoritmus řeší obecný (informatický/matematický) problém, ale o úlohu z fyziky/chemie. Na tom, že zde existuje nějaký efektivnější kvantový algoritmus, není nic tak divného. Výsledek může být podstatný, ale pouze pro tyto konkrétní aplikace, nejde o „obecný“ průlom jako dejme tomu u faktorizace.
Co naproti tomu zřejmě je podstatné, je ona „ověřitelnost“, respektive potlačení chyb. De facto se tedy jedná o pokrok v kvantovém hardwaru. Bez toho je praktické uplatnění kvantových počítačů dosud velmi omezené.
Zdroj: Google
