Занадто потужний, щоб бути правдою. Що насправді може чіп Willow від Google?

На початку грудня 2024 року підрозділ Google Quantum AI представив новий чіп для квантових обчислень - Willow. Особливу увагу під час презентації приділили його високій продуктивності: процесор швидший за найпотужніший сучасний суперкомп'ютер і здатний вирішувати ключову проблему галузі, що залишалася невирішеною протягом останніх 30 років, - квантову корекцію помилок. Більше того, Willow частково підтверджує багатосвітову інтерпретацію квантової механіки.

Інтерпретація квантової механіки з багатьма всесвітами припускає, що кожна квантова подія створює паралельні всесвіти. Наприклад, якщо частинка має кілька можливих шляхів, Всесвіт "гілкується", і в кожній гілці частинка обирає один з них. Усі ці паралельні всесвіти існують одночасно, але ми сприймаємо лише той, в якому знаходимося.

Проте, серед представників галузі поява нового процесора не викликала того ажіотажу, який створили медіа. Вчені та спеціалісти в сфері квантових обчислень зустріли Willow без особливого ентузіазму, розглядаючи його як черговий, хоча й важливий, крок у розвитку квантових технологій. Для них Willow - це хороший процесор, але не революційний прорив, яким його охрестили ЗМІ.

Для технологічного світу перебільшення значущості нових продуктів є звичною практикою. І не важливо, чи це презентація нового iPhone, чи чіпа для квантових обчислень - всі вони є "кращими в історії". Google не став винятком, представивши чергове досягнення як головне відкриття десятиліття.

Проте, незважаючи на пафос у презентації, заслуги Willow не можна знецінювати. Новий чіп від Google привернув увагу до активно розвиваючої галузі і став ще одним кроком до світу, де обчислення за принципами квантової механіки можуть стати буденністю.

Що насправді показав Google у своєму Willow і як можуть змінити світ квантові комп'ютери, за якими вже почалися реальні гонки між державами.

Як працюють квантові комп'ютери і чому Willow не став сенсацією

Квантові комп'ютери працюють за принципами квантової механіки, що кардинально відрізняє їх від звичайних комп'ютерів або смартфонів. Основна відмінність полягає в тому, що замість традиційних бітів, які можуть мати значення лише 0 або 1, квантові комп'ютери використовують кубіти (квантові біти).

Кубіти завдяки явищу суперпозиції можуть одночасно перебувати у станах 0, 1 або їх комбінаціях. Це дозволяє квантовим комп'ютерам обробляти величезну кількість варіантів одночасно, що забезпечує їм більшу обчислювальну потужність у порівнянні з звичайними комп'ютерами.

Більше того, реальна перевага квантового комп'ютера зростає експоненційно. Наприклад, продуктивність восьми кубітів квантового комп'ютера перевищує продуктивність звичайного комп'ютера в 32 768 разів.

"Квантові обчислення - це, в певній мірі, новий етап технологічної еволюції. Вперше ми переходимо від бінарної логіки до квантової, що наближає нас до принципів обчислень, які відбуваються в самій природі", - пояснює Микола Максименко, співзасновник стартапу Haiqu, який розробляє програмне забезпечення для квантових комп'ютерів.

За останні десятиліття квантові обчислення пройшли шлях від теоретичної концепції до повноцінної індустрії з мільярдними інвестиціями. Серед ключових гравців на цьому ринку - Google, IBM, Microsoft, Amazon і Intel.

Навіть у цій складній сфері, яка ще мало відома широкій публіці, панує жорстка конкуренція, яка змушує компанії регулярно демонструвати значний прогрес. Google зі своїм квантовим чіпом Willow не став винятком.

Так, справжньою сенсацією останнього тижня стало заявлення про обчислювальні можливості Willow. За даними Google, цей чіп може за п'ять хвилин вирішити задачу, на яку найшвидшим суперкомп'ютерам знадобилося б 10 септильйонів (число з 21 нулем) років.

Засновник команди Google Quantum AI Хартмут Невен навіть припустив, що такі показники можуть свідчити про те, що обчислення відбуваються "у багатьох паралельних всесвітах одночасно".

Однак, як відомо, диявол криється в деталях. Сміливі заяви компанії викликали скепсис частини наукового співтовариства. Питання полягає у способі вимірювання квантової переваги. Google використовує тест "вибірки випадкових схем" (Random Circuit Sampling), в якому квантовий комп'ютер виконує ряд випадкових операцій і генерує розподіл випадкових чисел. Ідея полягає в тому, щоб показати, що квантовий комп'ютер робить це швидше, ніж класичний суперкомп'ютер.

Проблема в тому, що цей тест не є справжнім алгоритмом у класичному розумінні. "Алгоритми зазвичай працюють з реальними вхідними даними, перетворюючи їх у корисний результат. У випадку з Willow алгоритмом є лише набір випадкових операцій і результатом випадкових бінарних чисел", - говорить Максименко.

Як наслідок, новий квантовий чіп Google також піддався критиці вчених щодо теорії мультивсесвіту. Частина вчених, серед яких американський астрофізик-теоретик і науковий письменник Ітан Сігель, вважають результат Willow випадковим і не пов'язують його з ідеєю існування паралельних всесвітів.

Цікаво, що в 2019 році Google вже заявляв про досягнення квантової переваги з попереднім процесором Sycamore, який виконав задачу (генерацію випадкових чисел) за 200 секунд, тоді як класичному суперкомп'ютеру на це знадобилося б 10 тисяч років.

Проте пізніше компанія IBM надала докази того, що найпотужніший у світі суперкомп'ютер може майже йти в ногу з новою квантовою машиною Google.

Одним з ключових моментів презентації Willow стала демонстрація алгорит