„Hybrydowy Symulator Kwantowy Google – Klucz do Odkrywania Nowej Fizyki”

Hybrydowe symulacje kwantowe – nowy krok w stronę superkomputerów przyszłości

Google Quantum AI zaprezentowało przełomowe podejście do symulacji kwantowych, które łączy cechy zarówno metod analogowych, jak i cyfrowych. Wyniki badań, opublikowane w prestiżowym czasopiśmie „Nature”, otwierają drzwi do nowych odkryć w fizyce oraz wskazują kierunek rozwoju komputerów kwantowych przyszłości.

—

Nowatorskie podejście do symulacji kwantowych

Zespół naukowców z Google Quantum AI, kierowany przez Tronda Andersena, stworzył hybrydowy system symulacji kwantowej. Wykorzystali do tego 69 nadprzewodzących kubitów, które stanowią fundament ich kwantowego symulatora. Celem eksperymentu było połączenie elastyczności symulacji cyfrowych z realistycznym odwzorowaniem dynamiki kwantowej w systemach analogowych.

Symulacje cyfrowe umożliwiają budowanie systemów krok po kroku, łącząc dwa kubity naraz, co pozwala na stopniowe programowanie i badanie różnorodnych stanów kwantowych. Z kolei symulacje analogowe rejestrują jednoczesną interakcję między wszystkimi kubitami, co lepiej oddaje dynamiczne procesy zachodzące w naturze. Andersen podkreśla, że połączenie obu podejść pozwala na szybsze rozwijanie splątania kwantowego – kluczowego zasobu obliczeniowego w komputerach kwantowych.

—

Hybryda: elastyczność cyfrowa i szybkość analogowa

W eksperymencie zespół rozpoczął symulację od budowania stanu kwantowego za pomocą bramek cyfrowych. To rozwiązanie zapewniło dużą kontrolę nad początkowymi warunkami systemu. Następnie symulacja przeszła w tryb analogowy, co umożliwiło szybki rozwój systemu do interesujących stanów kwantowych, zanim został on zakłócony przez szum. Na końcu naukowcy powrócili do trybu cyfrowego, co pozwoliło na szczegółową analizę stanu końcowego z wyjątkową precyzją.

Taka kombinacja okazała się znacznie bardziej efektywna w porównaniu do czysto analogowych lub cyfrowych metod. Co ciekawe, eksperymenty wykazały, że wyniki symulacji wykraczają poza przewidywania znanych teorii, takich jak mechanizm Kibble’a-Zureka. Mechanizm ten, opracowany w celu opisania łamania symetrii w polach wczesnego Wszechświata, przewiduje określoną dynamikę i defekty w systemach rozwijających się z określoną prędkością. Odkryta rozbieżność początkowo zaniepokoiła badaczy, jednak po dalszych testach okazała się być nową, fascynującą fizyką.

—

Kwantowa przyszłość – wyzwania i perspektywy

Obecne komputery kwantowe, w tym używany w badaniach procesor Sycamore, są wrażliwe na zakłócenia i szum, co ogranicza długość wykonywanych operacji. W przyszłości badacze liczą na rozwój tzw. odpornych na błędy komputerów kwantowych, które będą w stanie prowadzić obliczenia przez znacznie dłuższy czas. Hybrydowe podejście Google’a to ważny krok w tym kierunku.

Eksperymenty pokazują również potencjał komputerów kwantowych do rozwiązywania problemów, które przekraczają możliwości nawet najszybszych klasycznych superkomputerów. Już procesor Sycamore w 2019 roku osiągnął „kwantową supremację”, rozwiązując zadanie w 200 sekund, podczas gdy klasyczne superkomputery potrzebowałyby na to około 10 tysięcy lat. Następca Sycamore, procesor Willow, osiągnął jeszcze bardziej imponujące wyniki – testy wskazują, że rozwiązanie określonych problemów przez klasyczne komputery zajęłoby 10 sekstylionów lat.

—

Nowe aplikacje w zasięgu ręki?

Celem Google Quantum AI jest osiągnięcie trzeciego kamienia milowego na swojej sześcioetapowej mapie drogowej ku stworzeniu kwantowego komputera odpornego na błędy. Choć w pełni funkcjonalne komputery kwantowe mogą być odległe o dekady, naukowcy przewidują, że pierwsze komercyjne zastosowania tej technologii mogą pojawić się już za pięć lat.

Należy jednak podchodzić do tych prognoz z ostrożnym optymizmem, podobnie jak w przypadku technologii fuzji jądrowej. Jak zauważają badacze, postęp w dziedzinie technologii kwantowej postępuje w tempie wykładniczym, a jego potencjalne zastosowania – od modelowania skomplikowanych układów molekularnych po rewolucję w kryptografii – mogą zrewolucjonizować różne dziedziny życia.

—

Podsumowanie

Hybrydowe podejście do symulacji kwantowych zaprezentowane przez Google Quantum AI to jedno z najważniejszych osiągnięć w dziedzinie fizyki kwantowej ostatnich lat. Łącząc elastyczność cyfrowych metod z realizmem symulacji analogowych, naukowcy stworzyli narzędzie, które może nie tylko przyspieszyć rozwój odpornych na błędy komputerów kwantowych, ale także dostarczyć nowych odkryć w fizyce. Przyszłość technologii kwantowej rysuje się ekscytująco, a jej potencjalne zastosowania mogą wkrótce przekroczyć granice naszej wyobraźni.