Google создала алгоритм Quantum Echoes и приблизилась к сверхмощным квантовым вычислениям в 13000 раз быстрее суперкомпьютеров

Мощь квантовых компьютеров переступает очередной рубеж: команда ученых из Google представила инновационный алгоритм под названием Quantum Echoes, который позволяет решать сложнейшие задачи на квантовом процессоре в 13000 раз быстрее, чем самые быстрые в мире классические суперкомпьютеры. Этот прорыв открывает новые горизонты для таких областей, как разработка лекарств, материаловедение и моделирование сложных систем, ранее недоступных для традиционных методов.

Что такое алгоритм Quantum Echoes и почему он важен?

Разработка Quantum Echoes — это не просто очередной этап прогресса. Это настоящее технологическое достижение, которое демонстрирует возможность полностью квантового преимущества — ситуации, когда использование квантовых алгоритмов позволяет выполнять задачи намного быстрее, чем классические аналитические подходы.

Особенность этого алгоритма в том, что он не только достигает квантового преимущества, но и полностью проверяем — его результаты можно подтвердить, запустив аналогичный алгоритм на другом квантовом компьютере. Такого рода проверка ранее считалась труднодостижимой, что делало показатели квантовой обработки недостаточно надежными. Quantum Echoes представил механизм, с помощью которого можно верифицировать результат независимо — это принципиально новая веха на пути практического использования квантовых вычислений.

Как работает Quantum Echoes

Механизм работы алгоритма основан на уникальной концепции «эхо», которая включает передачу сигнала в квантовую систему, его последующее искажение и реверсирование для получения «отзвука». Этот эффект достигается путём отправки запроса в квантовую систему, а затем, после специальной обработки, его обратного воспроизведения, что усиливается за счет явления интерференции — слияния квантовых волн.

Процесс можно разбить на несколько этапов:

1. Инициализация системы: На квантовом процессоре с 105 кубитами (qubits) выполняются начальные операции, создавая запутанные состояния, жестко связанные между собой.
2. Воздействие на систему: Один из кубитов подвергается небольшому возмущению, чтобы зафиксировать реакцию системы на локальные изменения.
3. Обратные операции: После этого те же операции выполняются в обратном порядке, что вызывает эффект «эхо» — сигнал, отражающий внутренние свойства системы.

На этом этапе ученые используют эффект «бабочки» — чувствительный индикатор, который помогает выявлять скрытые детали о структуре молекул и расстояниях между атомами в них.

Практическое применение и новые открытия

С помощью Quantum Echoes команда ученых смогла определить ранее неизвестные параметры двух сложных молекул: [4-13C]-толуол и [1-13C]-диметилбипhenил (DMBP). Исследования показали атомные расстояния и внутренние структуры, что открывает путь к новым методам разработки лекарств и материалов на молекулярном уровне.

Интересно отметить, что эксперимент проводился на относительно небольшом размере — всего 15 кубитов. Однако, по словам исследователей, будущие разработки позволят моделировать молекулы в 4 раза крупнее, а это — уже недосягаемая для традиционных методов граница. Для сравнения, существующие классические суперкомпьютеры не способны эффективно моделировать молекулы такого размера.

Истоки прорыва и его историческая важность

Эти достижения основываются на десятилетиях исследований: работы Мишеля Деворе, лауреата Нобелевской премии 2025 года, и других ученых, которые в течение почти сорока лет развивали теории и практические методы квантовых вычислений. Деворет, являющийся ведущим научным сотрудником Google Quantum AI, подчеркнул, что Quantum Echoes — это результат не только улучшения технологий, но и принципиального прорыва в области верифицируемых квантовых алгоритмов.

«Сегодня мы объявляем о новом алгоритме, который не только обеспечивает квантовое преимущество, но и является полностью проверяемым», — заявил Деворет в пресс-релизе. — «Этот алгоритм — ещё один шаг к масштабируемым квантовым вычислениям, где результаты можно легко подтвердить другой системой».

Ключевым элементом работы является концепция «эхо», которая включает запуск набора квантовых операций, их реверсирование и измерение сигнала, что позволяет выявлять внутренние параметры квантовых систем с высокой точностью.

Проверка и надежность результатов

Ученые провели серию строгих тестов, включая «red-teaming» — метод экспертной проверки, когда результаты тестируются на устойчивость к ошибкам. Эти испытания длились эквивалент 10 лет вычислений, что подчеркивает сложность и надежность достигнутых результатов.

Профессор Скотт Ааронсон из Техасского университета отметил, что эти результаты „ставят новый вызов для скептиков, поскольку выходные данные — это одиночное число, которое можно легко проверить“. Он добавил, что такие алгоритмы дают уникальную возможность подтверждения результатов за счет второго квантового компьютера, чего ранее не удавалось достигнуть в полном объеме.

Будущее квантовых вычислений и их практическая перспектива

Команда Google рассчитывает, что уже в ближайшие пять лет практические приложения квантовых компьютеров станут реальностью, ведь развитие аппаратных платформ ведется весьма активно. В рамках проекта был успешно протестирован чип Willow, демонстрирующий снижение ошибок при увеличении количества кубитов. Однако, для полноценного коммерческого использования потребуется масштабировать системы до миллионов кубит, что — очень сложная задача, требующая новых технологий охлаждения, стабилизации и ошибок коррекции.

Эксперты сходятся во мнении, что достигнутые показатели — это лишь начало. Определяющим фактором станет синергия между аппаратным обеспечением и софтом, которая позволит использовать квантовые алгоритмы в реальных задачах уже в ближайшие годы.

Заключение

Результаты Google с алгоритмом Quantum Echoes открывают новую страницу в истории квантовых вычислений. Они показывают, что добиться полного и независимого подтверждения квантового преимущества — реально, и это не фантастика, а реальность, которая быстро приближается к коммерческой практике.

Уже сегодня современные ученые работают над масштабированием квантовых систем, а возможности, открывающиеся с помощью таких алгоритмов, обещают революцию в науке, медицине и технологиях будущего.