Google представила новый квантовый чип, способный решать уникальные вычислительные задачи

Прорыв в квантовых вычислениях: Google представила чип Willow

Корпорация Google заявила о важнейшем достижении в области квантовых вычислений. Новый чип, получивший название Willow, способен решать вычислительные задачи, которые остаются недоступными для классических компьютеров. Одна из таких задач была выполнена за 5 минут. Для сравнения, классический компьютер, как утверждают в Google, не справился бы с этой задачей даже за время, равное всей истории Вселенной, как передает журнал Nature.

Такое заявление подчеркивает значимость квантовых вычислений, которые обещают предоставить вычислительные мощности, значительно превосходящие самые современные классические системы. По словам представителей Google, хотя решенная задача пока не имеет практического применения, подобные технологии в будущем могут оказаться незаменимыми в таких областях, как медицина, исследования аккумуляторов и искусственный интеллект.

Особенности чипа Willow: 105 кубитов и коррекция ошибок

Основу нового чипа составляют 105 кубитов — базовые элементы квантовых вычислений. Однако кубиты, несмотря на их высокую скорость работы, отличаются нестабильностью и высокой вероятностью ошибок, вызванных воздействиями даже столь малых факторов, как субатомные частицы из космоса.

Квантовые технологии: как работает чип Willow

Google сообщила, что разработала метод коррекции ошибок, благодаря которому вероятность сбоев уменьшается с увеличением числа кубитов, то есть, благодаря усовершенствованной системе коррекции ошибок, частота сбоев снижается. Этот шаг имеет огромное значение, так как исправление ошибок в реальном времени — это ключ к созданию надежных квантовых машин. В статье, опубликованной в журнале Nature, компания заявила:

«Мы уже прошли точку безубыточности», — отметил Хартмут Невен, руководитель подразделения Google Quantum AI.

Квантовые вычисления: сравнение с классическими вычислениями и конкуренция с IBM

Квантовые вычисления продолжают оставаться полем ожесточенной конкуренции между такими гигантами, как Google, Microsoft и IBM. В 2019 году IBM поставила под сомнение заявление Google о том, что её чип справился с задачей, для которой классическому компьютеру потребовалось бы 10 000 лет. IBM утверждала, что задачу можно было решить за 2,5 дня при определенных допущениях.

В своих новейших расчетах Google учла замечания конкурентов. По словам компании, даже при самых благоприятных условиях классическим компьютерам потребовались бы миллиарды лет для получения аналогичных результатов.

Квантовые технологии: новая производственная база Google

Ранее Google выпускала квантовые чипы на базе общего предприятия с Калифорнийским университетом в Санта-Барбаре. Однако для производства Willow была построена новая собственная производственная площадка. Это предприятие позволит Google ускорить разработку и внедрение новых квантовых технологий. Энтони Мегрант, главный архитектор Google Quantum AI, отметил, что предприятие значительно улучшит процесс тестирования новых идей.

«Если у нас есть хорошая идея, мы хотим, чтобы кто-то в команде смог... как можно быстрее перенести её в чистую комнату и в один из этих криостатов, чтобы мы могли провести много циклов обучения», — подчеркнул Мегрант.

Перспективы квантовых технологий

Хотя задачи, решаемые квантовыми компьютерами сейчас, не имеют непосредственного коммерческого применения, Google видит в них огромный потенциал для решения сложных проблем в таких сферах, как наука, медицина, промышленность, химия и искусственный интеллект. Чип Willow, способный работать с минимальными ошибками, и новое поколение чипов станут основой для разработки технологий, которые способны перевернуть подход к научным исследованиям и промышленности.

Квантовые вычисления — это? Определение

Зачем нужны квантовые вычисления?

Квантовые вычисления предназначены для решения задач, которые слишком сложны или ресурсоемки для классических компьютеров. Среди ключевых применений:

1. Криптография: Создание абсолютно безопасных систем шифрования.
2. Медицина: Моделирование молекул для разработки новых лекарств.
3. Искусственный интеллект: Ускорение обучения нейронных сетей.
4. Химия материалов: Исследование новых материалов и химических реакций.
5. Оптимизация: Быстрый анализ и поиск решений для сложных логистических и экономических задач.

Квантовая криптография

Квантовая криптография использует законы квантовой механики для защиты данных. Основной принцип заключается в кодировании информации состояниями квантовых частиц, например фотонов. Особенность технологии в том, что любое вмешательство в состояние частицы меняет её свойства, что позволяет обнаруживать попытки перехвата.

Применяется, в основном, для генерации и передачи криптографических ключей. Среди основных протоколов выделяют BB84 (основан на суперпозиции состояний) и E91 (использует квантовую запутанность). Основные сложности внедрения включают высокую стоимость оборудования и ограниченную дальность передачи данных.

Квантовые числа электрона: краткое пояснение

Электрон обладает двойственной природой — он одновременно частица и волна. Орбиталь — это область вокруг ядра атома, где вероятность нахождения электрона наиболее высока.

Квантовые числа описывают состояние электрона в атоме, определяя его положение и свойства:

1. Главное квантовое число (n): Указывает энергию и номер энергетического уровня. Чем выше n, тем больше энергия.
2. Орбитальное квантовое число (l): Определяет форму орбитали (s — шарообразная, p — гантелеобразная и т.д.).
3. Магнитное квантовое число (m): Задает ориентацию орбитали в пространстве.
4. Спиновое квантовое число (s): Характеризует вращение электрона вокруг своей оси (два значения: +½ и −½).

Эти параметры совместно описывают положение и свойства электрона, а также взаимодействие его орбиталей, формируя основу электронной структуры атома. Каждая орбиталь характеризуется главным, орбитальным и магнитным квантовыми числами.