Google vytváří průlomový algoritmus „Quantum Echoes“ pro kvantové počítače – běžel 13 000krát rychleji než na superpočítači
Vědci z Googlu vytvořili nový algoritmus, který dokáže vyřešit problémy na kvantovém procesoru 13 000krát rychleji než nejrychlejší superpočítače světa. Říká se, že nás to přivádí o krok blíže k použití kvantové počítače v objevu léků, vědě o materiálech a mnoho dalších vědeckých aplikací.
Výzkumníci říkají, že nový algoritmus, nazvaný Quantum Echoes, je průlomový, protože dosahuje kvantové výhody a zároveň je prvním takovým algoritmem, který lze nezávisle ověřit spuštěním na jiném stejně jako počítač.
Při tom objevili dosud neznámé detaily atomového rozestupu a struktury dvou molekul s 15 a 28 atomy – (4-13C)-toluen a (1-13C)-3′,5′-dimethylbifenyl (DMBP).
Systém použitý v tomto experimentu byl malý (15 qubitů), ale budoucí práce umožní výzkumníkům simulovat molekuly, které jsou čtyřikrát větší – v měřítku, které je pro klasické simulace nemožné, uvedl tým ve studii.
Ozvěny z minulosti
Nový výzkum stavěl na desetiletích práce, která začala v 80. letech 20. století výzkumem od Michel Devoretprofesor fyziky na Kalifornské univerzitě a hlavní vědec kvantového hardwaru společnosti Google Quantum AI. Devoret byl společný nositel Nobelovy ceny za fyziku za rok 2025 za tuto práci a je spoluautorem studie.
„Dnes oznamujeme tento průlomový algoritmus, který ve skutečnosti znamená další milník, ve kterém se provádí výpočet, jehož množství je ověřitelné. Takže pokud by jiný kvantový počítač provedl stejný výpočet, výsledek by byl stejný. Takže to znamená nový krok směrem k plnohodnotným kvantovým výpočtům,“ řekl Devoret na tiskové konferenci. „Tento algoritmus Quantum Echoes je nejen ověřitelný, takže jeho výsledek může získat jiný podobný kvantový počítač, ale představuje kvantovou výhodu; realizuje výpočet, který by trval mnohem déle než s klasickým hardwarem.“
Algoritmus Quantum Echoes pracuje v několika fázích, což představuje vysoce pokročilou ozvěnu, ve které je signál odeslán do kvantového systému a poté obrácen, aby naslouchal „ozvěně“, která se vrací, vše zesílené konstruktivní interferencí (jev, při kterém se kvantové vlny skládají, aby zesílily).
Nejprve vědci provedli sérii operací neboli kvantových bran na propleteném 105-qubitovém poli na Willow QPU. Dále byl jeden qubit narušen nebo odchýlen, než provedli stejné přesné operace obráceně. Výsledkem byl kuriózní „motýlí efekt“, který by mohl být použit k odhalení informací o kvantovém systému. Vědci pak použili tento algoritmus k měření vzdáleností mezi atomy ve dvou molekulách.
Aby potvrdili výkonnost algoritmu na Willow oproti klasickým superpočítačům, provedli vědci přísné testy „red-teamingu“, které si vypůjčili z metod kybernetické bezpečnosti, aby ověřili robustnost výsledků. Tyto testy probíhaly ekvivalentně 10 let.
„Samozřejmě, že to hází rukavici všem skeptikům, aby se pokusili reprodukovat své výsledky klasicky,“ Scott Aaronsonřekl Live Science předseda počítačových věd na Texaské univerzitě v Austinu. „Ve srovnání s předchozími demonstracemi kvantové nadřazenosti je zde velkou výhodou to, že výstupem je jediné číslo spíše než vzorek z distribuce, a proto je v zásadě efektivně ověřitelný – když ne pomocí klasického počítače, tak alespoň pomocí druhého kvantového počítače.“
Aaronson dodal, že je to ověřitelné kvantová nadvláda je jednou z největších výzev v oboru. Poznamenal, že cílem Googlu v obou nových studiích nebylo vyřešit komerčně užitečný problém, ale získat jasnou výhodu nad klasickým počítačem a umožnit jinému kvantovému počítači nezávisle ověřit odpověď.
Google spustil Kvantový výpočetní čip Willow v prosinci loňského roku. Nový procesor ukázal, že jak se počet qubitů zvětšuje, chyby, které se vyskytují, se exponenciálně snižují, což představuje klíčový milník ve výzkumu kvantových počítačů. Vylepšení hardwaru však sama o sobě nestačí – i když by stroje mohly být škálovány na miliony qubitů, které jsou potřeba k překonání klasického výpočetního systému. Je to proto, že softwarové a hardwarové komponenty musí spolupracovat, aby našly nejúčinnější cestu k vyřešení problému, jak poznamenal Mi.
Vědci z Googlu tvrdí, že praktických aplikací, které jsou možné pouze s kvantovými počítači, začneme vidět už za pět let. Stále bychom však potřebovali škálovat hardware, aby stroje mohly pracovat s miliony qubitů – což je dnes těžko představitelné, protože nejvýkonnější kvantové počítače mají pouze 100 nebo 1000 qubitů.
