Google telah menyajikan Gema Kuantum, sebuah algoritma yang membawa komputasi kuantum selangkah lebih dekat ke utilitas praktis dengan menggabungkan kinerja ekstrem dan hasil yang terverifikasi. Berjalan di chip Willow, pendekatan ini telah dipublikasikan di Nature dan disertai dengan karya tambahan di arXiv yang berfokus pada aplikasi eksperimental pertamanya.
Proposal ini tidak hanya menawarkan kecepatan: perhitungan yang dibutuhkan oleh superkomputer sekitar tiga tahun Hal ini diselesaikan dalam waktu lebih dari dua jam dengan Willow, lompatan yang setara dengan sekitar 13.000 kali untuk perbaikan. Yang relevan, para peneliti menekankan, adalah bahwa tanggapan ini dapat diverifikasi secara mandiri, sesuatu yang penting untuk berpindah dari laboratorium ke masalah dunia nyata.
Apa itu Quantum Echoes dan bagaimana cara kerjanya?
Quantum Echoes didasarkan pada korelator di luar urutan temporal (OTOC), sebuah alat yang melacak bagaimana informasi menyebar dan terjerat dalam sistem kuantum yang kompleks. Dalam praktiknya, algoritma ini menggerakkan sistem ke depan, menimbulkan gangguan kecil, dan membalikkan evolusi temporal untuk mendengarkan “gema” yang ditinggalkan informasi ini.
Gema itu, mirip dengan sonar yang mengungkap detail yang terendam, memungkinkan pengukuran fenomena yang tepat yang tidak dapat dicapai oleh metode klasik atau yang sangat mahal untuk dihitung. Protokol investasi waktu Ini menghasilkan gangguan antara perjalanan berangkat dan pulang yang memperkuat sinyal halus dari sistem.
Kunci dari pengumuman tersebut adalah verifikasiHasilnya dapat dibandingkan dengan prosesor kuantum lain atau, dalam beberapa kasus, dengan pengukuran fisik di alam. Kriteria ini menetapkan standar praktis yang melampaui demonstrasi yang sulit direproduksi.
Pengembangan ini mendapat dukungan dari tim Google Quantum AI dan kolaborator akademis, dengan UC Berkeley di antara lembaga-lembaga yang terlibat. Juru bicara proyek seperti Hartmut Neven dan Tom O'Brien menekankan bahwa kombinasi algoritma dan perangkat keras terkini memungkinkan pengukuran jenis ini dilakukan dalam skala sedang.
Kecepatan, verifikasi, dan peran perangkat keras
Tonggak sejarah tidak terbatas pada kecepatan —13.000 × dibandingkan dengan algoritma klasik terbaik—, tetapi untuk mendapatkan hasil yang dapat diulang dan diperiksaDualitas ini (kecepatan + verifikasi) mendukung gagasan “keunggulan kuantum praktis.”
Untuk mencapai hal ini, perangkat keras sangatlah penting. Willow mengandalkan qubit superkonduktor dengan tingkat kesalahan sangat rendah dan pintu air yang tinggi mempercepat, dua persyaratan penting agar inversi waktu berfungsi tanpa gangguan yang merusak sinyal gema.
Namun, tantangan teknis terbesar tetaplah kebisinganMengurangi kesalahan dan menjaga konsistensi dalam protokol yang panjang sangatlah penting. Tujuan besar berikutnya dalam peta jalan Google adalah qubit logis berumur panjang, satu langkah sebelum komputer dengan koreksi kesalahan berskala besar.
Perusahaan memperkirakan bahwa dengan peningkatan bertahap pada perangkat keras dan perangkat lunak, mereka dapat melihat aplikasi nyata dalam jangka waktu sekitar lima tahun, terutama dalam domain di mana pemodelan fisika kuantum merupakan hal asli (kimia, material atau simulasi tertentu).
Aplikasi: dari NMR hingga kimia dan material
Salah satu demonstrasi pertama menghubungkan Quantum Echoes dengan resonansi magnetik nuklir (NMR), digunakan untuk menyimpulkan struktur molekul. Algoritma ini bertindak sebagai “penggaris kuantum” yang mampu menyimpulkan jarak dan sudut antar atom, mendorong cakupan spektroskopi melampaui batas biasanya.
Bekerjasama dengan Universitas California, Berkeley, metode ini diuji di dua molekul (satu dengan 15 atom dan yang lainnya dengan 28). Hasilnya konsisten dengan NMR tradisional dan juga memberikan detil tambahan biasanya tidak terlihat dengan teknik standar, memvalidasi pendekatan.
Selain molekul individual, kombinasi NMR dan komputasi kuantum ini dapat mempercepat bidang seperti penemuan obat atau karakterisasi polimer dan komponen baterai. Ada juga potensi untuk mempelajari magnet atau bahkan tertentu proses yang kacau relevan dalam fisika fundamental.
- Kimia dan bioteknologi: mengukur bagaimana kandidat obat mengikat targetnya.
- Ilmu Material: menganalisis struktur molekul dalam polimer, katalis, dan elektrolit.
- Spektroskopi Lanjutan: memperluas jangkauan jarak terukur dalam NMR dengan sensitivitas yang lebih besar.
Para penulis menunjukkan contoh-contoh seperti toluena y dimetilbifenil Dalam sebuah studi pracetak (arXiv), dengan akurasi yang sebanding dengan pengukuran konvensional. Meskipun tinjauan sejawat belum ada, bukti konsep menunjukkan jalur “kuantumskopik"untuk mengamati apa yang sebelumnya tidak terjangkau.
Apa yang dikatakan komunitas ilmiah
Bagi Hartmut Neven, pemimpin Google Quantum AI, nilai dari pekerjaan ini ada dua: hasil berguna dan dapat diverifikasi, dan protokol yang diterapkan pada permasalahan fisika yang menarik. Harapannya adalah melihat aplikasi spesifik pertama dalam jangka waktu yang wajar.
Tom O'Brien menekankan bahwa utilitas bergantung pada daya periksa apa yang dihitung oleh komputer kuantum. OTOC dan pembalikan waktu menawarkan cara langsung untuk mengamati bagaimana komputer kuantum menyebar dan pulih informasi dalam sistem nyata.
Peneliti NMR Ashok Ajoy menunjukkan bahwa pendekatan ini dapat memperkuat spektroskopi dan membuka pintu dalam desain material dan obat-obatan, berkat kemampuan untuk mengukur interaksi antara putaran bahkan pada jarak yang jauh.
Suara akademis lain, seperti Carlos Sabín, bertanya kebijaksanaanMeskipun kemajuannya cukup signifikan, masih banyak yang perlu dilakukan untuk meningkatkan skala metode ini dengan tingkat kesalahan yang lebih rendah. Pemahaman umum menunjukkan bahwa ini merupakan sebuah langkah pendahuluan yang solid terhadap kasus-kasus praktis.
Proyek Quantum Echoes menggambarkan transisi yang menarik: algoritma kuantum yang tidak hanya melampaui untuk perhitungan klasik dalam waktu, tetapi mereka menghasilkan data dapat diverifikasi dan bermanfaat untuk kimia dan material. Dengan penyempurnaan Willow dan hadirnya qubit logis, "gema" yang kita dengar saat ini dapat menjadi alat laboratorium sehari-hari.