W 2019 roku Google LLC ogłosił, że chip Sycamore osiągnął tzw. kwantową supremację – rozwiązał problem losowych liczb, którego wykonanie zajęłoby najszybszemu superkomputerowi około 10 000 lat. Choć osiągnięcie było imponujące, miało ograniczone zastosowanie praktyczne. Teraz Google zapowiada kolejny krok – chip Willow, który według nich może otworzyć nowe obszary: medycynę, naukę o materiałach czy sztuczną inteligencję.
Naukowcy Google mówią, że ich najnowszy eksperyment to jeden z ważniejszych ruchów w stronę uczynienia komputerów kwantowych czymś więcej niż tylko teoretyczną ciekawostką. W eksperymencie, prowadzonym przez laboratorium Quantum AI Lab w Goleta, pod kierownictwem m.in. Michel H. Devoret, który wspólnie zdobył Nagrodę Nobla z fizyki w 2025 roku, użyto procesora kwantowego napędzanego chipem Willow. Zastosował on algorytm o nazwie Quantum Echoes, a wyniki – opublikowane w czasopiśmie Nature – wskazują, że obliczenia zajęły mu 13 000-krotnie mniej czasu niż najszybszym klasycznym superkomputerom.
Devoret powiedział dziennikowi The New York Times, że przyszłe wersje tej technologii będą w stanie wykonać obliczenia poza zasięgiem zwykłych maszyn. Przypomniał, że dekady temu wraz ze współpracownikami z University of California, Berkeley wykazali, że obwody elektryczne mogą wykazywać zjawiska kwantowe, jak superpozycja i tunelowanie. To właśnie tam zapoczątkowana została technika nadprzewodzących kubitów obecnie używanych przez Google.
Komputery stacjonarne w naszej ofercie:
Temperatura jest kluczowa dla chipu Willow
W klasycznym procesorze bit reprezentuje albo 0, albo 1. W komputerze kwantowym kubit może być jednocześnie w stanie obu wartości. To sprawia, że systemy kwantowe potrafią badać wiele możliwych rozwiązań naraz. Gdy łączymy wiele kubitów, ich łączny stan rośnie wykładniczo, co daje bardzo dużą moc obliczeniową. Jednakże ta sama cecha to potencjalne problemy. Kubity są bowiem wysoce wrażliwe na ciepło, drgania czy zakłócenia, a błędy wynikające z nich utrudniają naukowcom przejście do urządzeń praktycznych.
Chip Willow został skonstruowany z myślą o takich wyzwaniach. Ma 105 kubitów i działa w temperaturach bliskich zeru absolutnemu, by elektrony mogły utrzymywać stan nadprzewodzący. Zastosowano zaawansowane protokoły korekcji błędów, które wraz ze wzrostem liczby kubitów zmniejszają liczbę pomyłek. Google deklaruje, że chip osiąga wierność bramkową powyżej 99,9% dla operacji jednokubitowych i utrzymuje koherencję przez kilka mikrosekund – wystarczająco długo, by wykonać sekwencje wymagane przez algorytm Quantum Echoes.
Google przesuwa granicę
Algorytm mierzy, jak informacja kwantowa się odwraca i oddziałuje sama ze sobą, tworząc tzw. „echo” stanów splątanych. Takie echa mogą posłużyć do analizy struktury molekuł – co jest istotne w odkrywaniu nowych leków i materiałów. Inżynierowie Google twierdzą, że metoda mogłaby również generować dane treningowe dla systemów sztucznej inteligencji w obszarach naukowych, w których brakuje dużych i użytecznych zestawów danych.
Podczas konferencji prasowej badacz Tom O’Brien zauważył, że kluczowym elementem eksperymentu jest możliwość jego weryfikacji. Wyniki mogą być sprawdzane na innych komputerach kwantowych albo odtwarzane w laboratorium.
Obecnie obliczenia kwantowe nadal mają charakter eksperymentalny. Niezależni badacze wskazują jednak, że prace Google coraz mocniej przesuwają granicę między fizyką wyższego poziomu a realną technologią. Prof. Prineha Narang z University of California, Los Angeles oceniła, że algorytm jest znaczącym krokiem naprzód.
Chip Willow to pierwsza weryfikowalna przewaga kwantowa
Google konkuruje z firmami takimi jak IBM Corporation, Microsoft Corporation i Amazon, Inc., a także z dziesiątkami start-upów i programów rządowych w Chinach, które zainwestowały ponad 15 miliardów USD w badania kwantowe. Liderzy Google uważają, iż sukces Willow stanowi pierwszą „weryfikowalną przewagę kwantową”. To dowód, że ich system może wykonywać użyteczne zadania poza osiągiem klasycznych maszyn.
Dla Devoreta, który dołączył do Google w 2023 roku po prawie czterech dekadach w środowisku akademickim, ten wynik łączy przeszłość z przyszłością nauki kwantowej. „Udowodniliśmy po raz pierwszy, że można zbudować atomy z obwodów elektrycznych. Teraz pokazujemy, co te sztuczne atomy mogą zrobić” – mówił.
