В конце октября Google сообщили о первом в истории запуске на квантовом компьютере так называемого «проверяемого алгоритма». По их оценкам, вычисления на этом устройстве выполнялись в 13 000 раз быстрее, чем на лучшем классическом суперкомпьютере. В корпорации видят за этим ключ к практическому решению задач, например, имитации новых химических соединений. Тем не менее возникает множество вопросов: что именно подразумевается под «проверяемым алгоритмом» и чем он отличается от ранее провозглашённого «квантового превосходства»?
Полное описание эксперимента публикуется в статье исследовательской группы Google Quantum AI в журнале Nature. Испытания проводились на новом квантовом процессоре Willow, и авторы подчёркивают принципиальную новизну полученного результата. Теперь речь идёт не просто о превосходстве, а о его проверяемой форме, что подчёркивает кардинальное отличие алгоритма и способа проведения вычислений.
Архитектура Willow: как устроен квантовый процессор
Квантовый процессор Willow, представленный в конце 2024 года, — это высокотехнологичное устройство, включающее 105 сверхпроводящих квантовых антенн. В основе работы лежат джозефсоновские переходы — технология, отмеченная Нобелевской премией по физике в 2025 году (подробнее об этом читайте здесь). В сверхпроводящем режиме электроны в антеннах формируют кубиты — квантовые биты, способные хранить и обрабатывать информацию в уникальных квантовых состояниях. Управление связями между кубитами позволяет задавать необходимую логику вычислений.
Willow является эволюцией предшественника Sycamore: число кубитов почти вдвое выше, а чувствительность к квантовым флуктуациям существенно снижена. Всё это работает в криогенной среде: процессор опускается к миллиградусам выше абсолютного нуля. Как отмечает один из инженеров проекта, Вадим Смелянский, ключевая сложность заключается в прокладке управляющих линий внутрь крошечного криостата по мере роста числа кубитов.
Квантовый хаос и «эхо»: что измеряли учёные
Для демонстрации возможностей Willow исследователи обратились к феномену квантового хаоса, аналогичному «эффекту бабочки» в макромире, когда малейшее возмущение приводит к радикальным изменениям. Ещё в 1968 году советские физики Юрий Овчинников и Анатолий Ларкин показали, что такие системы сложно моделировать упрощёнными методами.
Конкретно на 65 кубитах Willow воспроизводили хаотическую динамику, выполняя многочисленные запуски сложного процесса, а затем с помощью статистического анализа проверяли, восстанавливается ли изначальная квантовая взаимосвязь или система «разлеталась» на независимые кубиты. Если после серии экспериментов сохранялась корреляция между исходным и конечным состоянием, это доказывало устойчивость системы и контроль над шумом.
Проверяемое превосходство: в чём суть прорыва
Главное отличие от эксперимента 2019 года в том, что предыдущий алгоритм генерировал лишь случайные числа, тогда как текущий предлагает проверяемый результат — заранее известную корреляцию, которая должна повторяться на любом сопоставимом квантовом устройстве. Это не просто демонстрация скорости, а подтверждение контролируемых и воспроизводимых вычислений.
Для оценки практического потенциала Google вместе с учёными из Беркли провели моделирование структуры молекул толуола и диметилбифенила. Кубиты связывали по аналогии с атомной связью, а затем с помощью квантового «эхо» измеряли корреляции, недоступные традиционным методам, таким как ЯМР. Однако авторы признают, что пока речь идёт о проверке концепции — для простых молекул классические системы всё ещё справляются не хуже.
Будущее квантовых вычислений: физические модели вместо «компьютеров»
Достижение Google указывает на перспективу использования квантовых устройств прежде всего для моделирования других квантовых систем. Возможно, термин «компьютер» здесь не совсем уместен — такие машины больше напоминают сложнейшие физические модели, чем универсальные вычислительные платформы.
Прямая аналогия — аэродинамическая труба: физический макет в потоке воздуха даёт точнее прогноз, чем даже самый мощный суперкомпьютер. В квантовой сфере термин «превосходство» прижился, но это лишь начало долгого пути к внедрению квантовых технологий в практику.
