Spoločnosti Google sa podaril kvantový skok. Algoritmus kvantových ozvien nanovo definuje rýchlosť výpočtov

V análoch technologického pokroku sa objavujú momenty, ktoré predstavujú nielen evolučný krok, ale revolučný skok. Spoločnosť Google nedávno ohlásila práve takýto prelom prostredníctvom svojho algoritmu Quantum Echoes, ktorý po prvýkrát v histórii preukázal „overiteľnú kvantovú výhodu“.

Tento úspech znamená kľúčový okamih, kedy kvantový počítač dokázateľne prekonal schopnosti najvýkonnejších superpočítačov na svete pri riešení zmysluplnej a vedecky relevantnej úlohy. Nejde už len o teoretickú demonštráciu výpočtovej sily, ako tomu bolo pri predošlých míľnikoch, ale o prechod od abstraktnej „kvantovej nadradenosti“ k praktickej a overiteľnej „kvantovej výhode“.

Tento posun signalizuje dozrievanie celého odvetvia, ktoré sa mení z teoretických pretekov na vývoj reálneho vedeckého nástroja s potenciálom transformovať celé vedné odbory. Srdcom tohto úspechu je ohromujúci výkonnostný rozdiel, ktorý ilustruje priepasť medzi klasickým a kvantovým svetom.

Algoritmus Quantum Echoes, spustený na kvantovom procesore Willow od spoločnosti Google, je 13 000-krát rýchlejší ako najlepší známy klasický algoritmus bežiaci na superpočítači Frontier, ktorý je v súčasnosti najvýkonnejším klasickým strojom na planéte.

Aby sme túto priepasť lepšie pochopili, výpočet, ktorý kvantovému zariadeniu trval niečo vyše dvoch hodín, by na superpočítači Frontier trval približne 3,2 roka. Tento monumentálny rozdiel nie je len kvantitatívnym zlepšením; predstavuje kvalitatívnu zmenu, ktorá sprístupňuje výpočty, ktoré boli predtým v praxi nedosiahnuteľné.

Hardvérovým základom tohto prelomu je 105-qubitový čip Willow, ktorého architektúra a vysoká presnosť kvantových brán umožnili realizáciu extrémne zložitých operácií. Úlohou, ktorú algoritmus riešil, bol výpočet takzvaného Out-of-Time-Ordered Correlator (OTOC), čo je v podstate spôsob merania toho, ako sa informácie šíria a interferujú v zložitých kvantových systémoch.

Kľúčovým aspektom tohto úspechu, ktorý Google opakovane zdôrazňuje, je overiteľnosť výsledkov. Jednou z najväčších výziev v oblasti kvantových počítačov je otázka dôvery: ak kvantový počítač vyrieši problém, ktorý je mimo dosahu klasických strojov, ako môžeme vedieť, že odpoveď je správna?

Algoritmus Quantum Echoes je navrhnutý tak, aby jeho predpovede mohli byť krížovo overené a porovnané s výsledkami iných kvantových počítačov alebo priamo s pozorovaním v prírode. Táto schopnosť replikovať výsledky na rôznych kvantových systémoch a získať identické odpovede buduje nielen dôveru voči samotnej technológii, ale zároveň navrhuje štandard vedeckej prísnosti pre celú kvantovú éru.

Nejde teda len o demonštráciu výkonu jedného konkrétneho hardvéru, ale o vytvorenie robustnej a spoľahlivej výpočtovej metódy. Samotný algoritmus Quantum Echoes funguje na princípe, ktorý možno prirovnať ku „kvantovému sonaru“. Proces začína vyslaním starostlivo pripraveného signálu do kvantového systému, v tomto prípade do qubitov na čipe Willow.

Následne sa systém nechá vyvíjať v čase dopredu, potom sa na jednom qubite aplikuje malá porucha a celý proces evolúcie sa precízne obráti, aby bolo možné „načúvať“ ozvene, ktorá sa vráti. Vďaka konštruktívnej interferencii kvantových vĺn je táto ozvena zosilnená, čo umožňuje extrémne citlivé merania, ktoré odhaľujú skryté informácie o vnútornej dynamike systému.

Tento abstraktný proces už našiel svoje prvé hmatateľné uplatnenie pri rozširovaní možností nukleárnej magnetickej rezonancie (NMR), čo je štandardná metóda na skúmanie štruktúry molekúl. V experimente uskutočnenom v spolupráci s Kalifornskou univerzitou v Berkeley sa ukázalo, že výsledky z algoritmu Quantum Echoes sa nielen zhodovali s tradičnou metódou NMR, ale dokonca odhalili informácie, ktoré bežne nie sú dostupné.

Táto schopnosť v podstate vytvára „dlhšie molekulárne pravítko“, ktoré vedcom umožňuje skúmať štruktúru molekúl s bezprecedentnou presnosťou. To má zásadný význam pre oblasti ako objavovanie liekov, kde je kľúčové pochopiť, ako sa potenciálne liečivá viažu na svoje ciele, alebo v materiálovej vede pri navrhovaní lepších komponentov pre batérie či materiálov pre fúzne reaktory.

Napriek tomuto mimoriadnemu pokroku zostávajú vedúci predstavitelia spoločnosti Google, ako napríklad Hartmut Neven, nohami na zemi a optimisticky predpovedajú, že reálne aplikácie kvantových počítačov by sa mohli objaviť v horizonte približne piatich rokov. Najsilnejšou víziou do budúcnosti je však prepojenie kvantových počítačov s umelou inteligenciou.

Argumentom je, že kvantové počítače budú schopné generovať jedinečné a vysoko presné dáta o kvantových systémoch, ktoré sú pre klasické počítače nedosiahnuteľné. Tieto nové dáta, ktoré dokonale opisujú molekulárne interakcie alebo vlastnosti materiálov, môžu byť následne použité na trénovanie výkonnejších a presnejších modelov umelej inteligencie.

Tým sa vytvára silná spätná väzba: kvantové počítače simulujú nové molekuly, generujú dokonalé dátové súbory a umelá inteligencia tieto dáta využíva na predpovedanie vlastností a urýchlenie návrhu nových liekov a technológií. Tento symbiotický vzťah medzi kvantovými počítačmi a umelou inteligenciou nesľubuje len rýchlejšie výpočty, ale otvára dvere k úplne novej paradigme vedeckých objavov, poháňanej týmto duálnym motorom inovácií.

^{Zdroj: livescience.com foto: Google Quantum AI}