Ερευνητές από το Google Quantum AI αναφέρουν ότι ο κβαντικός τους επεξεργαστής, Willow, εκτέλεσε έναν αλγόριθμο για κβαντικό υπολογιστή που έλυσε ένα σύνθετο φυσικό πρόβλημα χιλιάδες φορές ταχύτερα από τους ισχυρότερους κλασικούς υπερυπολογιστές στον κόσμο.
Αν επιβεβαιωθεί, αυτό θα είναι μία από τις πρώτες αποδείξεις πρακτικού κβαντικού πλεονεκτήματος, κατά το οποίο ένας κβαντικός υπολογιστής επιλύει ένα πραγματικό πρόβλημα γρηγορότερα και ακριβέστερα από έναν κλασικό υπολογιστή.
Ο αλγόριθμος Quantum Echoes και τα εμπλεκόμενα κβαντικά συστήματα
Σε μια νέα εργασία που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature, οι ερευνητές παρουσίασαν λεπτομέρειες σχετικά με το πώς ο αλγόριθμός τους, που ονομάζεται «Quantum Echoes», μέτρησε την πολύπλοκη συμπεριφορά σωματιδίων σε ιδιαίτερα εμπλεκόμενα κβαντικά συστήματα.
Αυτά είναι συστήματα στα οποία πολλαπλά σωματίδια συνδέονται με τέτοιο τρόπο ώστε να μοιράζονται την ίδια μοίρα ακόμη και όταν βρίσκονται φυσικά χωρισμένα. Αν μετρήσετε την ιδιότητα ενός σωματιδίου, γνωρίζετε αμέσως κάτι για τα υπόλοιπα. Αυτή η σύνδεση καθιστά το συνολικό σύστημα τόσο περίπλοκο που είναι δύσκολο να προσομοιωθεί σε συμβατικούς υπολογιστές.
Το φυσικό μέγεθος OTOC και η μέτρηση της διάχυσης της πληροφορίας
Ο αλγόριθμος Quantum Echoes χρησιμοποιεί μια έννοια που ονομάζεται «Out-of-Time-Order Correlator» (OTOC), η οποία μετρά πόσο γρήγορα εξαπλώνεται και αποδιοργανώνεται η πληροφορία μέσα σε ένα κβαντικό σύστημα. Οι ερευνητές επέλεξαν αυτή τη συγκεκριμένη μέτρηση επειδή, όπως αναφέρουν στην εργασία τους, «οι OTOC έχουν φαινόμενα κβαντικής παρεμβολής που τους προσδίδουν υψηλή ευαισθησία στις λεπτομέρειες της κβαντικής δυναμικής και, για το OTOC(2), επίσης υψηλό βαθμό πολυπλοκότητας στην κλασική προσομοίωση. Ως εκ τούτου, οι OTOC αποτελούν βιώσιμους υποψηφίους για την πραγματοποίηση πρακτικού κβαντικού πλεονεκτήματος».
Το τέχνασμα της «αντιστροφής του χρόνου» και το φαινόμενο της κβαντικής ηχούς
Ο αλγόριθμος βασίζεται σε ένα ευφυές «τέχνασμα αντιστροφής του χρόνου». Ο κβαντικός υπολογιστής εκτελεί το σύστημα προς τα εμπρός, του δίνει μια μικρή ώθηση και στη συνέχεια αντιστρέφει με ακρίβεια τη διαδικασία. Σε αυτό το πείραμα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τον δεύτερης τάξης συσχετιστή OTOC(2), μια πιο σύνθετη μορφή του OTOC. Αυτό δημιουργεί μία ισχυρή «κβαντική ηχώ» που εξάγει χρήσιμες πληροφορίες από το χάος του συστήματος.
Για αυτή την εργασία, που αφορούσε τη μελέτη του ρυθμού διάδοσης της πληροφορίας σε μια περίπλοκη κβαντική κατάσταση, το κβαντικό τσιπ πραγματοποίησε τον υπολογισμό 13.000 φορές ταχύτερα από τον ταχύτερο υπερυπολογιστή του κόσμου.
Από την κβαντική υπεροχή στην πρακτική εφαρμογή
Αυτή δεν είναι η πρώτη φορά που η ομάδα της Google παρουσιάζει ένα μεγάλο κβαντικό επίτευγμα. Το 2019, ισχυρίστηκαν «κβαντική υπεροχή» όταν το τσιπ τους, Sycamore, έλυσε ένα ιδιαίτερα τεχνικό πρόβλημα πολύ ταχύτερα από έναν υπερυπολογιστή. Ωστόσο, αυτό που καθιστά τη νέα επίδειξη διαφορετική είναι ότι, ενώ το προηγούμενο πείραμα επικεντρώθηκε σε ένα αφηρημένο πρόβλημα (το οποίο τελικά λύθηκε και από κλασικούς αλγόριθμους σε υπερυπολογιστές), το νέο αποτέλεσμα αφορά την επίλυση ενός πραγματικού φυσικού προβλήματος.
Προς μια νέα εποχή κβαντικής υπολογιστικής
Τελικά, αυτή η έρευνα σημαίνει ότι πλησιάζουμε σε μια εποχή όπου οι κβαντικοί υπολογιστές θα χρησιμοποιούνται τακτικά για την επίλυση σύνθετων προβλημάτων που σήμερα βρίσκονται πέρα από τις δυνατότητες των υπερυπολογιστών. Αυτό θα μπορούσε να περιλαμβάνει την ανακάλυψη νέων υλικών, τον σχεδιασμό καλύτερων φαρμάκων και τη δημιουργία πιο ακριβών μοντέλων για το κλίμα.
More information: Observation of constructive interference at the edge of quantum ergodicity, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09526-6
Journal information: Nature
