量子チップは最速のスーパーコンピューターよりも 13000 倍高速に計算を解決

Nature に掲載されたこの研究結果は、Willow チップが Quantum Echoes と呼ばれる新しいアルゴリズムを使用して複雑な計算を実行し、従来の強力なスーパーコンピューターよりも 13,000 倍高速であることを示しています。これは、量子プロセッサが、エラーが少なく、より高速かつ検証可能な結果を​​生成した初めてのことであり、初期の量子実験に対する主要な批判の 1 つに対処しています。

Quantum Echoes アルゴリズムは、量子システム内で情報がどのように拡散するかを測定します。一連の操作を実行し、1 量子ビットをわずかに変更してから、プロセスを逆に実行して結果を比較します。これは、小さな外乱がシステム全体にどのような影響を与えるかを研究するのに役立ちます。このタスクは、関係する変数が指数関数的に増加するため、古典的なコンピューターではすぐに不可能になります。

Google の Willow チップは、天気予報や新しい分子の正確な構造などを計算しませんでした。これは、量子システム内で情報がどのように拡散するかを測定するために物理学で使用される数学的テストの一種である、「時間外順序相関器」(OTOC) と呼ばれるものを計算しました。

65 個の量子ビットに対して一連の量子操作を実行して、カオスになるまで流体をかき混ぜるかのように、複雑なもつれ状態を作成しました。次に、1 量子ビットをわずかに摂動させ、小さな変化をもたらしました。最後に、すべての操作を逆に実行し、「前」の状態と「後」の状態を比較しました。

この前後のプロセスにより、量子エコー アルゴリズムが形成されます。この名前は、システムが自身の量子状態を「エコー」し、混乱がどれほど広がっているか、そしてカオスがどれほど不可逆的であるかを明らかにするという考えに由来しています。

古典的なコンピューターはこの動作をシミュレートしようとしますが、量子ビットを追加すると計算数が指数関数的に増加します。Frontier スーパーコンピューターでさえ、OTOC 計算に必要な精度で 65 量子ビットの量子システムを完全にシミュレートすることはできません。

つまり、Willow が実際に計算したのは、量子ネットワーク内で情報がどれだけの量とどれくらいの速度で拡散するかということでした。これは、将来の実験で基本的な分子相互作用、エネルギー伝達、化学反応をモデル化するための基礎的なステップとなります。