В подразделении разработки квантовых процессоров и алгоритмов квантовых вычислений Google Quantum AI объявили о достижении проверяемого квантового преимущества с использованием нового квантового процессора Willow и алгоритма Quantum Echoes.

Согласно публикации в журнале Nature, сверхпроводящий процессор со 105 кубитами успешно выполнил проверяемый алгоритм, превысив возможности классических суперкомпьютеров в 13 тыс. раз. Это первый случай, говориться в статье, когда в квантовом компьютере проверяемый алгоритм продемонстрировал потенциальную возможность ускорения реальных корпоративных приложений в области вычислительной химии, молекулярного моделирования и материаловедения, которые в настоящее время ограничены средствами классических вычислений.

Квантовая проверяемость, пояснили в Google, означает, что один и тот же результат можно воспроизвести на любом другом квантовом компьютере такого же класса, уточнив, что коэффициент 13 тыс. относится к алгоритму Quantum Echoes, который реализует протокол временного обращения эволюции квантовой системы с возмущением одного кубита и измерением отклика (эха) на основании вычисления квантового коррелятора вне временного порядка OTOC (Out-of-Time-Order Correlator). Это позволяет осуществлять оценку сложных корреляций и измерять распространения возмущений в квантовых системах. Однако в компании не сообщили, какой именно реальный суперкомпьютер использовался для сравнения.

В ходе эксперимента, проведенного совместно с Калифорнийским университетом в Беркли, исследователи проанализировали молекулярные структуры с 15 и 28 атомами и заявили, что их результаты совпали с данными традиционного ядерного магнитного резонанса, отметив, что им удалось также получить информацию, которая обычно недоступна для ЯМР-технологий. ЯМР-спектроскопия с применением квантовых вычислений может стать мощным инструментом для разработки лекарств, определения молекулярной структуры новых материалов, включая материалы для квантовых битов, аккумуляторов и полупроводников, утверждают в Google, не называя сроки возможных внедрений.

Алгоритмические достижения Google Quantum AI основываются на высокой производительности Willow. В 105-кубитной матрице точность однокубитных вентилей составляет 99,97%, запутанных вентилей — 99,88%, считывания в конце вычислений – 99,5%, а время выполнения операций измеряется десятками или сотнями наносекунд. Такая производительность обеспечила проведение 1 трлн измерений, подчеркнули исследователи.

Следующей важной задачей они считают создание долгоживущего логического кубита, причем «для достижения конечной цели потребуется на несколько порядков повысить производительность и масштабируемость системы, а также разработать и усовершенствовать миллионы компонентов».