Google Revolutionează Calculul Cuantic cu Algoritmul „Eco-uri Cuantice” Mai Rapid Decât Supracomputerele

În urmă cu câțiva ani, Google a stârnit vâlvă în lumea tehnologiei când a anunțat că unele dintre hardware-urile sale au atins așa-numita suprematie cuantică, realizând operațiuni ce ar fi fost practic imposibil de simulat pe un computer clasic. Această afirmație a fost pusă sub semnul întrebării, deoarece matematicienii au dezvoltat ulterior metode pentru a ajuta computerele clasice să ajungă din urmă, determinând compania să repete experimentul pe un procesor îmbunătățit.

Pe măsură ce aceste dezbateri se desfășurau, domeniul a început să se concentreze mai puțin pe suprematia cuantică și mai mult pe alte două criterii de succes. Primul este utilitatea cuantică, unde un computer cuantic efectuează calcule care sunt utile într-un mod practic. Al doilea este avantajul cuantic, în care un sistem cuantic finalizează calculele într-o fracțiune din timpul necesar unui computer obișnuit. (IBM și o companie startup numită Pasqual au publicat o discuție utilă despre ce ar fi necesar pentru a demonstra verificabil un avantaj cuantic.)

Astăzi, Google și un grup extins de colaboratori academici publică un articol care descrie o abordare computațională ce demonstrează un avantaj cuantic comparativ cu algoritmii actuali și care ar putea chiar să ne ajute să realizăm ceva util.

Ultima inițiativă a Google se concentrează pe ceva ce a denumit „eco-uri cuantice”. Această abordare poate fi descrisă ca o serie de operațiuni pe qubiții hardware care compun mașina sa. Acești qubiți păstrează un singur bit de informație cuantică într-o suprapunere între două valori, cu probabilități de a găsi qubitul într-una sau alta dintre valori atunci când este măsurat. Fiecare qubit este încâlcit cu vecinii săi, permițându-i probabilității sale să influențeze pe cele ale tuturor qubiților din jur. Operațiunile care permit calculul, numite porți, sunt metode de manipulare a acestor probabilități. Majoritatea hardware-urilor actuale, inclusiv cele ale Google, manipulează unul sau doi qubiți odată (numite porți pentru un qubit și, respectiv, doi qubiți).

Pentru eco-uri cuantice, operațiunile implicate efectuează un set de porți pentru doi qubiți, modificând starea sistemului, iar mai târziu efectuând setul invers de porți. De la sine, acest lucru ar returna sistemul la starea sa originală. Dar pentru eco-uri cuantice, Google introduce porți pentru un singur qubit efectuate cu un parametru aleatorizat. Acest lucru modifică starea sistemului înainte de operațiunile inverse, asigurând că sistemul nu se va întoarce exact de unde a început. Aceasta explică partea de „eco-uri” din nume: trimiți o copie imperfectă înapoi spre punctul de început, la fel cum un ecou implică inversarea imperfectă a undelor sonore.

Aceasta este procesul în termeni de operațiuni efectuate pe hardware-ul cuantic. Dar poate este mai informativ să ne gândim la acesta în termeni de comportament al sistemului cuantic. Așa cum a explicat Tim O’Brien de la Google, „Evoluezi sistemul înainte în timp, apoi aplici o mică perturbație fluture, și apoi revii…

Știință&Tehnică

Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România