Слишком впечатляющий, чтобы быть реальным. Какие возможности предлагает чип Willow от Google?

В начале декабря 2024 года подразделение Google Quantum AI представило новый чип для квантовых вычислений - Willow. В ходе презентации особое внимание уделялось его высокой производительности: этот процессор превосходит самый мощный современный суперкомпьютер и способен решить ключевую проблему в отрасли, которая оставалась неразрешенной на протяжении последних 30 лет, - квантовую коррекцию ошибок. Более того, Willow частично подтверждает многомировую интерпретацию квантовой механики.

Многомировая интерпретация квантовой механики предполагает, что каждое квантовое событие создает параллельные вселенные. К примеру, если частица имеет несколько возможных путей, Вселенная "разветвляется", и в каждой ветви частица выбирает один из них. Все эти параллельные вселенные существуют одновременно, но мы воспринимаем лишь ту, в которой находимся.

Тем не менее, среди специалистов отрасли появление нового процессора не вызвало такого ажиотажа, как в медиа. Ученые и эксперты в области квантовых вычислений восприняли Willow без особого энтузиазма, рассматривая его как очередной, хотя и важный, шаг в развитии квантовых технологий. Для них Willow - это хороший процессор, но не революционный прорыв, каким его представили СМИ.

В технологическом мире преувеличение значимости новых продуктов стало привычной практикой. Неважно, идет ли речь о презентации нового iPhone или чипа для квантовых вычислений - все они объявляются "лучшими в истории". Google не стал исключением, представив свое достижение как главное открытие десятилетия.

Тем не менее, несмотря на пафос презентации, достижения Willow нельзя игнорировать. Новый чип от Google привлек внимание к активно развивающейся отрасли и стал еще одним шагом к будущему, в котором вычисления на основе квантовой механики могут стать обычным делом.

Что именно показал Google с помощью Willow и как квантовые компьютеры могут изменить мир, уже началась настоящая гонка между государствами.

Как работают квантовые компьютеры и почему Willow не стал сенсацией

Квантовые компьютеры функционируют по принципам квантовой механики, что кардинально отличает их от традиционных компьютеров или смартфонов. Основное отличие заключается в том, что вместо обычных битов, которые могут принимать значение только 0 или 1, квантовые компьютеры используют кубиты (квантовые биты).

Кубиты благодаря явлению суперпозиции могут одновременно находиться в состояниях 0, 1 или их комбинациях. Это позволяет квантовым компьютерам обрабатывать огромное количество вариантов одновременно, что обеспечивает им значительно большую вычислительную мощность по сравнению с обычными компьютерами.

Более того, реальное преимущество квантового компьютера растет экспоненциально. Например, производительность восьми кубитов квантового компьютера превышает производительность обычного компьютера в 32 768 раз.

"Квантовые вычисления - это, в определенной степени, новый этап технологической эволюции. Впервые мы переходим от бинарной логики к квантовой, что приближает нас к принципам вычислений, которые происходят в самой природе", - объясняет Николай Максименко, соучредитель стартапа Haiqu, который разрабатывает программное обеспечение для квантовых компьютеров.

За последние десятилетия квантовые вычисления прошли путь от теоретической концепции до полноценной индустрии с миллиардными инвестициями. Среди ключевых игроков на этом рынке - Google, IBM, Microsoft, Amazon и Intel.

Даже в этой сложной области, которая еще мало известна широкой публике, царит жесткая конкуренция, заставляющая компании регулярно демонстрировать значительный прогресс. Google со своим квантовым чипом Willow не стал исключением.

На прошлой неделе настоящей сенсацией стало заявление о вычислительных возможностях Willow. По данным Google, этот чип может за пять минут решить задачу, на которую самым быстрым суперкомпьютерам понадобилось бы 10 септильонов (число с 21 нулем) лет.

Основатель команды Google Quantum AI Хартмут Невен даже предположил, что такие показатели могут свидетельствовать о том, что вычисления происходят "во многих параллельных вселенных одновременно".

Однако, как известно, дьявол кроется в деталях. Смелые заявления компании вызвали скепсис части научного сообщества. Вопрос заключается в методах измерения квантового превосходства. Google использует тест "выборки случайных схем" (Random Circuit Sampling), в котором квантовый компьютер выполняет ряд случайных операций и генерирует распределение случайных чисел. Идея состоит в том, чтобы продемонстрировать, что квантовый компьютер делает это быстрее, чем классический суперкомпьютер.

Проблема в том, что этот тест не является настоящим алгоритмом в классическом понимании. "Алгоритмы обычно работают с реальными входными данными, преобразуя их в полезный результат. В случае с Willow алгоритмом является лишь набор случайных операций и результатом случайных бинарных чисел", - говорит Максименко.

Как следствие, новый квантовый чип Google также подвергся критике со стороны ученых относительно теории мультивселенной. Некоторые ученые, среди которых американский астрофизик-теоретик и научный писатель Итан Сигел, считают результат Willow случайным и не связывают его с идеей существования параллельных вселенных.

Интересно, что в 2019 году Google уже заявлял о достижении квантового преимущества с предыдущим процессором Sycamore, который выполнил задачу (генерацию случайных чисел) за 200 секунд, тогда как классическому суперкомпьютеру на это понадобилось бы 10 тыс. лет.

Однако затем компания IBM предоставила доказательства того, что самый мощный в мире суперкомпьютер может почти соперничать с новой квантовой машиной Google.

Одним из ключевых моментов презентации Willow стало демонстрация алгоритма, который позволяет создать один логический бит, основываясь на множестве физических квантовых битов. В Google отмечают, что такой агрегированный кубит оказался значительно стабильнее каждого отдельного физического.

Фактически, реализация логического кубита - важный шаг вперед, который подтверждает возможность преодоления ограничений физических квантовых битов и открывает путь к более надежным квантовым вычислениям.

Тем не менее, Максименко считает, что чип Heron от IBM по определенным параметрам схож с Willow, а в некоторых аспектах даже его превосходит. "Можно ожидать, что IBM также вскоре представит реализацию логического кубита. Учитывая открытый доступ к квантовому компьютеру IBM для ученых, мы можем увидеть этот результат уже в ближайшие недели", - объясняет соучредитель Haiqu.

Революция отменяется

Презентация Willow и дополнительная публикация исследования в журнале Nature не произвели на научное сообщество большого впечатления. О разработках подразделения Quantum AI стало известно еще летом этого года. Однако в медиапределах команда Google решила заявить о себе более громко.

Ажиотаж и обсуждения вокруг нового "прорывного" квантового процессора привели к росту акций Alphabet, материнской компании Google, на 25% от сентябрьского минимума. На следующий день после презентации капитализация Alphabet сократила отставание от других компаний "Большой семерки