Google przedstawia Willow, przełomowy chip do obliczeń kwantowych

Google zaprezentowało swój najnowszy układ kwantowy o nazwie Willow, wywołując falę entuzjastycznych reakcji w mediach. Nagłówki pełne są górnolotnych stwierdzeń, takich jak „Willow miażdży klasyczne komputery na kosmiczną skalę czasową” czy „Google prezentuje oszałamiający układ kwantowy”. Wszystko to opiera się na twierdzeniu, że Willow jest w stanie przeprowadzić obliczenie, które teoretycznie zajęłoby klasycznemu komputerowi więcej czasu niż wynosi wiek wszechświata – ponad 14 miliardów lat. Jak można się jednak domyślić, rzeczywistość jest bardziej złożona.

Willow a kwantowa supremacja

Google tym razem unika twierdzeń o osiągnięciu tzw. kwantowej supremacji, jak miało to miejsce w przypadku poprzedniej generacji ich komputera kwantowego, Sycamore, w 2019 roku. Wówczas firma ogłosiła, że Sycamore wykonało obliczenie w 200 sekund, które zajęłoby najszybszemu superkomputerowi tamtych czasów 10 000 lat. Mimo szumnych deklaracji, wynik wywołał kontrowersje. Niektórzy badacze uznali, że twierdzenie o supremacji kwantowej było przesadzone i wprowadzało w błąd. Od tamtej pory Google stawia na bardziej stonowaną narrację, mówiąc o osiągnięciu „ponad klasycznych obliczeń”.

Google zaprezentowało swój najnowszy układ kwantowy o nazwie Willow, zapowiadając prawdziwy przełom.

Podobnie jak Sycamore, Willow został zoptymalizowany pod kątem specyficznego zadania: próbkowania losowych obwodów (ang. Random Circuit Sampling, RCS). Chociaż RCS nie ma znanych zastosowań praktycznych, Google uważa, że wydajność w tym zadaniu powinna być podstawowym kryterium oceny komputerów kwantowych. Jak mówi Hartmut Neven, założyciel Google Quantum AI: "Jeśli nie możesz wygrać w próbce losowych obwodów, nie możesz wygrać w żadnym innym algorytmie".

Niesamowite osiągi Willow

Google twierdzi, że Willow jest w stanie wykonać najnowszy test RCS w mniej niż pięć minut, podczas gdy Frontier – obecnie drugi najszybszy superkomputer na świecie – potrzebowałby na to 10 septylionów lat (10^24 lat). To liczba tak ogromna, że nie mieści się w skali ludzkiego pojmowania. Google nawet sugeruje, że wyniki te mogą wspierać hipotezę o istnieniu wszechświatów równoległych, w których kwantowe obliczenia odbywają się w wielu rzeczywistościach jednocześnie.

Prawdziwy przełom, jaki przynosi Willow, leży jednak gdzie indziej. Dotychczasowe komputery kwantowe zmagały się z problemem błędów kwantowych, które rosną wraz z dodawaniem kolejnych kubitów. Kubity są niezwykle trudne do kontrolowania i mogą utrzymać swój stan kwantowy jedynie przez ułamki sekundy. Willow jest pierwszym systemem, który, według Google, przekroczył tzw. próg błędu – oznacza to, że błędy maleją, gdy system jest skalowany.

Hartmut Neven podkreśla znaczenie tego osiągnięcia: "Jako pierwszy system poniżej progu, Willow jest najbardziej przekonującym prototypem skalowalnego kubitu logicznego, jaki kiedykolwiek zbudowano. To mocny sygnał, że można stworzyć użyteczne, bardzo duże komputery kwantowe".

Willow a konkurencja

Nie wszyscy jednak zgadzają się z podejściem Google do oceny wydajności komputerów kwantowych. Firmy takie jak IBM czy Honeywell stosują metrykę zwaną objętością kwantową (ang. Quantum Volume), która bierze pod uwagę interakcje między kubitami i oferuje bardziej całościowy obraz możliwości maszyny. Willow nie posiada takich danych w swojej specyfikacji, co utrudnia bezpośrednie porównania.

Choć Willow reprezentuje znaczący krok naprzód, Google przyznaje, że wciąż pozostaje wiele do zrobienia, zanim komputery kwantowe staną się narzędziami praktycznymi i komercyjnie użytecznymi. Mimo to Willow zbliża nas do świata, w którym obliczenia kwantowe będą mogły rozwiązywać problemy o realnym znaczeniu – od projektowania nowych leków po optymalizację globalnych sieci logistycznych.