Wszyscy mówią: „zaraz będziemy to mieć”, ostatecznie nie ma nikt. Ale Google w ostatnim czasie zrobiło coś, co można uznać za istotny sukces w zakresie obliczeń kwantowych. Ich chip Willow wykonał obliczenie, którego nie da się odtworzyć na klasycznym superkomputerze — a jednocześnie można sprawdzić, czy wynik jest poprawny. To wydaje się trywialnie proste, ale… nie jest proste. Fizycy już zacierają ręce.
Co musisz wiedzieć:
Superkomputer Frontier, ważący kilkadziesiąt ton i pochłaniający megawaty energii, potrzebowałby około 150 lat, by policzyć to samo, co Willow zrobił w kilka dni. Google wykorzystało 65 kubitów ze 105 dostępnych, by przeprowadzić złożoną serię operacji na kwantowych echach, będących matematycznym odzwierciedleniem chaosu w układzie kwantowym.
To właśnie owa symulacja — potwierdzona 22 października w Nature — jest dla naukowców momentem przełomowym. Po raz pierwszy wynik nie jest tylko ciekawostką z kręgu „może działa, może nie działa”. Można go serio sprawdzić. Nie przez klasyczny komputer, lecz przez inny system kwantowy o podobnej mocy. Dotychczas uzyskiwaliśmy wyniki, ale czy były one poprawne? Tego nie wiedział nikt. A w nauce weryfikowalność jest warunkiem istnienia czegokolwiek, co ma znaczenie.
Dlaczego weryfikowalność to słowo-klucz
Dotychczasowe próby osiągnięcia przewagi kwantowej kończyły się zwykle spotkaniem ze ścianą. Klasyczne algorytmy szybko nadrabiały dystans, znajdując sposoby na optymalizację, które niwelowały sens kwantowego sukcesu. Teraz jednak mamy do czynienia z czymś, z czym komputer klasyczny nie poradzi sobie z zadowalającym dla nas czasie. Nie i już.
Tym razem przewaga polega nie tyle na szybkości, co na strukturze samego algorytmu — jego wynik można zweryfikować w czasie porównywalnym z wykonaniem obliczenia. To fundamentalna różnica względem wcześniejszych eksperymentów, gdzie czas weryfikacji rósł wykładniczo wraz z rozmiarem zadania. Scott Aaronson z Uniwersytetu Teksasu nazwał osiągnięcie Google „porządnym kandydatem” na weryfikowalną przewagę kwantową.
Kwantowe echo i efekt motyla
Echo kwantowe to pojęcie mające w sobie nieco poetycki wymiar. Badacze wykonują szereg losowych operacji na kubitach, a następnie odwracają czas: cofają te operacje, jakby przewijali Wszechświat wstecz. Po drodze delikatnie „szturchają” jeden z kubitów, tworząc zjawisko przypominające efekt motyla — minimalna zmiana w jednym miejscu wywołuje zamieszanie w całym systemie.
To, co pozostaje po takim cofnięciu, to właśnie echo kwantowe — ślad tego, jak bardzo system był wrażliwy na zakłócenie. Dla fizyków to sposób na badanie zjawisk chaotycznych, a dla inżynierów kwantowych — test zdolności sprzętu do utrzymania koherencji, czyli spójności stanu kwantowego.
Pierwszy krok ku użyteczności
Na marginesie głównego eksperymentu Google zaprezentowało też praktyczny test: obliczenie względnego ułożenia fragmentów dwóch cząsteczek w przestrzeni trójwymiarowej. Wyniki zgadzały się z danymi z jądrowego rezonansu magnetycznego. Na razie (jeszcze) obliczenia nie przewyższają klasycznych, niemniej sygnalizują coś ważnego dla świata nauki — połączenie komputera kwantowego z realnym eksperymentem.
Czytaj również: Dźwięk jako nowa broń fizyki kwantowej. Caltech zrobił to naprawdę
Fizyka kwantowa zawsze była grą na zaufanie. Większość ludzi nie zrozumie równania Schrödingera ani nie zobaczy kubitu w akcji. Ale jeśli naukowcy mogą udowodnić, że wynik jest prawdziwy — nawet przy pomocy innej maszyny kwantowej — to pierwszy krok ku nauce, gdzie owe obliczenia mają znaczenie nie tylko dla naukowców, ale też dla przemysłu, bezpieczeństwa czy medycyny. Wtedy będziemy mogli mówić o erze obliczeń kwantowych.
