Квантовый процессор Google прокрутил Вселенную назад — и обогнал обычные суперкомпьютеры в 13 000 раз

Физики из подразделения Google Quantum AI сообщили о новом эксперименте: их квантовый процессор Willow справился с задачей, непосильной даже для самых мощных суперкомпьютеров. По оценкам исследователей, устройство выполнило расчёты примерно в 13 000 раз быстрее, чем современные классические системы. Если результаты подтвердятся, это станет одним из первых реальных примеров квантового преимущества — когда квантовый процессор решает практическую задачу быстрее и точнее обычных вычислительных архитектур.

В работе использовался алгоритм Quantum Echoes, созданный для изучения поведения частиц в состоянии глубокой квантовой запутанности. В таких системах изменение одной частицы мгновенно отражается на другой, даже если их разделяет расстояние. Это создаёт чрезвычайную вычислительную сложность: число возможных комбинаций растёт экспоненциально, и классические методы не справляются с такими объёмами данных.

Ключевой элемент исследования - показатель Out-of-Time-Order Correlator (OTOC) — коррелятор неупорядоченных по времени операторов, который показывает, насколько быстро информация распространяется и смешивается внутри квантовой системы. Учёные выбрали этот параметр, потому что он особенно чувствителен к тонким особенностям квантовой динамики и почти не поддаётся классическому моделированию. В эксперименте применялся вариант второго порядка — OTOC(2). Он позволил зафиксировать отчётливое «квантовое эхо» — отклик, по которому можно судить о степени хаотичности квантового состояния.

Для расчётов команда использовала метод обратного хода времени: процессор сначала моделировал эволюцию системы вперёд, затем вносил небольшое возмущение и после этого восстанавливал исходное состояние, фактически прокручивая процесс назад. Сравнение данных на разных этапах показало, с какой скоростью информация рассеивается между частицами. Такой подход позволил выполнить вычисления, которые суперкомпьютеры решали бы месяцами, всего за несколько секунд. Эксперимент доказал, что квантовые алгоритмы могут использоваться не только для демонстрационных экспериментов, но и для решения реальных физических задач.

Для Google Quantum AI это не первый заметный успех. Ещё в 2019 году команда представила процессор Sycamore, который за 200 секунд сгенерировал распределение случайных чисел, на что классическим вычислительным системам потребовались бы тысячи лет. Тогда проект вызвал споры, потому что продемонстрированная задача не имела практического применения. В отличие от него, эксперимент с Willow решает конкретную проблему, связанную с динамикой запутанных квантовых состояний, и показывает, как подобные системы могут работать в прикладных научных сценариях.

Если выводы подтвердятся, это приблизит момент, когда квантовые вычисления станут обычным инструментом научных исследований. Такие методы способны ускорить поиск новых материалов, упростить моделирование сложных молекулярных взаимодействий и повысить точность климатических прогнозов, где нужно учитывать миллионы взаимосвязанных параметров.