- Chip kwantowy Willow: W grudniu 2024 roku Google zaprezentowało „Willow” – 105-kubitowy nadprzewodzący procesor kwantowy zaprojektowany z myślą o wysokiej jakości kubitach i korekcji błędów reuters.com, blog.google. Wykorzystuje ulepszoną łączność kubitów i działa w temperaturze bliskiej zeru absolutnemu, aby zredukować szumy.
- Rekordowy benchmark: Willow wykonał test random circuit sampling w mniej niż 5 minut – zadanie, które według Google zajęłoby najszybszym obecnie superkomputerom około 10²⁵ (10 sekstylionów) lat blog.google. To ekstremalne przyspieszenie opiera się na starannych szacunkach symulacji klasycznych.
- Przełom w korekcji błędów: Artykuł Google w Nature donosi o korekcji błędów „poniżej progu” – wraz z dodawaniem kolejnych kubitów, ogólny wskaźnik błędów spada blog.google, reuters.com. W eksperymencie, zwiększenie siatki do 7×7 logicznych kubitów powodowało zmniejszenie wskaźnika błędów o połowę za każdym razem blog.google. To ważny krok w kierunku odpornej na błędy, wielkoskalowej obliczeniowości kwantowej.
- Teoria wszechświatów równoległych: Hartmut Neven (szef Google Quantum AI) zauważył, że „oszałamiająca” wydajność Willow „przemawia za koncepcją, że obliczenia kwantowe zachodzą w wielu równoległych wszechświatach” blog.google. Nawiązał do idei fizyka Davida Deutscha, że komputery kwantowe korzystają z multiwersum. Blog Google ujął to retorycznie – na przykład: „Wykonał obliczenie w mniej niż pięć minut, które zajęłoby… 10 sekstylionów lat… To przemawia za koncepcją, że obliczenia kwantowe zachodzą w wielu równoległych wszechświatach” blog.google.
- Reakcje ekspertów – Hype kontra rzeczywistość: Wielu ekspertów ostrzega, że to stwierdzenie o multiwersum jest spekulatywne. Fizyczka Sabine Hossenfelder zauważyła, że ten benchmark ma „żadnego praktycznego zastosowania” i powiedziała, że wpływ na rzeczywistość wynosi „zero” bez milionów więcej kubitów newsweek.com, futurism.com. Astrofizyk Ethan Siegel nazywa ten pomysł po prostu „całkowitym nonsensem” i twierdzi, że Neven po prostu pomylił abstrakcyjną matematykę kwantową z prawdziwymi wszechświatami bigthink.com, thequantuminsider.com. Inni zauważają, że to zadanie to zaprojektowany benchmark, a nie użyteczna aplikacja, i że lepsze algorytmy klasyczne mogą z czasem dogonić futurism.com, thequantuminsider.com.
- Interpretacja wyników: Osiągnięcia Willow są technicznie rzeczywiste – pokazują bezprecedensową korekcję błędów i szybkość – ale łączenie ich z multiwersum jest metaforyczne. Nie wykryto empirycznie żadnej nowej fizyki. W rzeczywistości, jak zauważają analitycy, osiągnięcie szacunku 10^25 lat wymagało hojnych założeń dotyczących sprzętu klasycznego, a nawet Google przyznaje, że komputer klasyczny potrzebowałby nadal „około miliarda lat” w idealnych warunkach reuters.com. Konsensus jest taki, że Willow to przełom dla sprzętu kwantowego, jednak twierdzenia o „dostępie do równoległych wszechświatów” pozostają spekulacją opartą na jednej interpretacji teorii kwantowej thequantuminsider.com, sify.com.
Willow: Nowy 105-kubitowy procesor kwantowy
Willow reprezentuje najnowszy procesor kwantowy Google, oparty na wcześniejszym układzie Sycamore. Zawiera 105 nadprzewodzących kubitów (bitów kwantowych) na specjalnie zaprojektowanym układzie scalonym, wyprodukowanym w własnym laboratorium czystych pomieszczeń Google blog.google, reuters.com. Każdy kubit może istnieć w kwantowej superpozycji 0 i 1 (lub obu jednocześnie), a sąsiadujące kubity są sprzężone, tworząc złożone splątane stany. Te właściwości pozwalają komputerowi kwantowemu badać wiele ścieżek obliczeniowych jednocześnie, co w teorii daje mu wykładniczą przewagę w niektórych zadaniach.
Co ważne, Willow osiąga bezprecedensową wydajność korekcji błędów. Kubity kwantowe są niezwykle podatne na błędy, więc zwiększanie ich liczby zwykle zwiększa liczbę błędów. Google informuje, że dzięki Willow w końcu osiągnęli tzw. reżim “below threshold”: dodawanie kubitów faktycznie zmniejsza ogólny współczynnik błędów blog.google, reuters.com. W praktyce zespół Google testował siatki 3×3, 5×5 i 7×7 logical kubitów i stwierdził, że wskaźniki błędów spadały mniej więcej o połowę za każdym razem, gdy powiększali układ blog.google. W swoim artykule w Nature i materiałach prasowych Google twierdzi, że ta korekcja błędów w czasie rzeczywistym i skalowanie “beyond break-even” to “the most convincing prototype for a scalable logical qubit built to date” blog.google. Innymi słowy, inżynieria Willow to duży krok naprzód w kierunku praktycznych komputerów kwantowych.
Google chwali się także lepszymi parametrami sprzętowymi: np. czasy koherencji kubitów Willow (jak długo kubit zachowuje swój stan) zbliżają się obecnie do 100 mikrosekund, co stanowi około 5-krotną poprawę w stosunku do poprzedniej generacji blog.google. Łączność w całym systemie i wierność bramek zostały zoptymalizowane pod kątem ogólnej wydajności. Jak ujął to dyrektor ds. badań Google, “with 105 qubits, Willow now has best-in-class performance across… quantum error correction and random circuit sampling” blog.google. Te liczby podkreślają, że Willow to nie tylko więcej kubitów, ale także wyższa ich jakość i lepsza kontrola.
Rekordowa wydajność w testach porównawczych
Aby zademonstrować możliwości Willow, Google przeprowadziło dobrze znany test zwany random circuit sampling (RCS). Polega on na zaprogramowaniu kubitów w losowy wzór bramek, pozwoleniu systemowi na ewolucję, a następnie próbkowaniu rozkładu wyjściowego. RCS został zaprojektowany tak, aby był niezwykle trudny dla klasycznych komputerów, ponieważ liczba możliwych stanów kwantowych rośnie wykładniczo. Google po raz pierwszy użyło RCS w 2019 roku, aby ogłosić „kwantową supremację” przy 53 kubitach (układ Sycamore). Willow powtarza to podejście na znacznie większą skalę.
Wyniki są uderzające: Willow wykonał zadanie RCS w mniej niż pięć minut, podczas gdy Google szacuje, że superkomputer z listy top-500 (Frontier z Oak Ridge) potrzebowałby na to około 10²⁵ lat według ich założeń blog.google. Cytując blog Nevena: „Wydajność Willow w tym benchmarku jest zdumiewająca: wykonał obliczenie w mniej niż pięć minut, które jednemu z najszybszych obecnie superkomputerów zajęłoby 10^25… lat.” blog.google. (Dla porównania, 10^25 lat to ponad dziesięć miliardów miliardów lat – znacznie więcej niż wiek naszego 14-miliardowego wszechświata). Google precyzuje tę liczbę, zakładając bardzo hojne zasoby klasyczne – nawet pozwalając Frontierowi na nieograniczoną przestrzeń dyskową – aby porównanie było konserwatywne blog.google. Po tych korektach różnica pozostaje ogromna, co sugeruje, że „procesory kwantowe odrywają się w tempie podwójnie wykładniczym” względem klasycznych wraz ze wzrostem skali blog.google.
Warto zauważyć, że Google przeprowadziło także symulacje fizyczne na Willow: wykonał on naukowo interesujące eksperymenty (np. symulacje kwantowych układów wielociałowych), które wciąż były w zasięgu klasycznych komputerów. Celem, jak pisze Neven, jest, aby układy kwantowe potrafiły oba: pokonać sprzęt klasyczny i rozwiązywać użyteczne problemy. Na razie RCS to tylko benchmark pokazujący surową moc obliczeniową. Google przyznaje, że to „punkt wejścia” – test, czy maszyny kwantowe robią coś, czego klasyczne nie potrafią blog.google. Warto podkreślić, że wynik RCS to prawdziwe dane, a nie twierdzenie teoretyczne. Willow faktycznie wykonał obwód kwantowy i próbkował go w ciągu kilku minut. „10^25 lat” odnosi się do symulowanego czasu działania klasycznego dla tego samego zadania, a nie do rzeczywistego wydarzenia rozciągniętego na 10^25 lat.
Wyjaśnienie twierdzenia o „równoległym wszechświecie”
To, co przyciągnęło uwagę mediów, to krótki, dramatyczny komentarz w ogłoszeniu Google: Neven zauważył, że przyspieszenie Willow „przemawia za poglądem, że obliczenia kwantowe zachodzą w wielu równoległych wszechświatach”blog.google. Mówiąc prosto, zasugerował, że jednym ze sposobów zrozumienia wydajności Willow (w ramach interpretacji wielu światów mechaniki kwantowej) jest wyobrażenie sobie, jakby chip „pożyczył” moc obliczeniową z innych gałęzi rzeczywistości. Wprost odniósł się do fizyka Davida Deutscha, który w latach 80. jako pierwszy zaproponował, że komputery kwantowe mogą wykorzystywać równoległe wszechświaty.
Dokładny cytat z bloga brzmi:
„Wydajność Willow w tym teście jest zdumiewająca: … [chip] wykonał obliczenie w mniej niż pięć minut, które jednemu z najszybszych dzisiejszych superkomputerów zajęłoby 10^25… lat. Ta niewyobrażalna liczba przekracza znane skale czasowe w fizyce… Przemawia to za poglądem, że obliczenia kwantowe zachodzą w wielu równoległych wszechświatach, zgodnie z ideą, że żyjemy w multiwersum, co jako pierwszy przewidział David Deutsch.”blog.google
To stwierdzenie było nieco retorycznym popisem Nevna, który ma doktorat z fizyki. Media technologiczne szybko to podchwyciły: TechCrunch zatytułował artykuł „Google twierdzi, że jego nowy chip kwantowy wskazuje na istnienie wielu wszechświatów” i zacytował ten fragment techcrunch.com, blog.google. (Warto zauważyć, że oryginalny blog Google był rzeczowy, a ten fragment o multiwersum to raczej prowokacyjna interpretacja niż wniosek oparty na danych). Google nie opublikowało żadnego nowego eksperymentu dotyczącego światów równoległych – po prostu zwrócili uwagę na powiązanie koncepcyjne.
W istocie Neven powtórzył ideę wielu światów w poście na blogu. To nie jest zupełnie nowe; pogląd, że przyspieszenia kwantowe oznaczają rozgałęzienie wszechświatów, sięga dekad wstecz. Jednak po raz pierwszy lider dużej firmy technologicznej przedstawił korporacyjny przełom w tych kategoriach. Niektórzy uznali to za chwytliwą metaforę; inni byli zaniepokojeni, że Google miesza inżynierię sprzętową ze spekulacjami kosmologicznymi.
Interpretacja wielu światów (teoria multiwersum)
Aby zrozumieć kontrowersje, warto wiedzieć, co oznacza „wiele światów”. W latach 50. Hugh Everett zaproponował, że każde zdarzenie kwantowe – każda superpozycja i pomiar – faktycznie tworzy wiele współistniejących „gałęzi” rzeczywistości. W tym ujęciu cząstka w superpozycji rzeczywiście przechodzi jednocześnie w dwa (lub więcej) stany, z których każdy realizuje się w innym równoległym wszechświecie. Każda gałąź jest tak samo realna jak nasza własna; wszechświat „dzieli się”, by pomieścić każdy możliwy wynik.
David Deutsch, jeden z pionierów komputerów kwantowych, przyjął tę ideę. Twierdził, że moc komputera kwantowego wynika dosłownie z wykonywania obliczeń równolegle w tych wszechświatach. Jak wyjaśnia The Quantum Insider, według Deutscha „gdy komputer kwantowy wykonuje obliczenia… jednocześnie przetwarza informacje w wielu równoległych wszechświatach… wykorzystując tę wielość do rozwiązywania problemów, które są niemożliwe dla komputerów klasycznych”thequantuminsider.com. Mówiąc prościej: tam, gdzie komputer klasyczny podąża jedną ścieżką logiki, maszyna kwantowa bada ogromną superpozycję ścieżek – koncepcyjnie podobnie do korzystania z wielu światów jednocześnie.
Deutsch nawet napisał, że algorytmy takie jak Shora (do faktoryzacji) mają sens tylko, jeśli wyobrazisz sobie działanie tego multiwersum thequantuminsider.com. W blogu Google Neven powołał się wprost na ideę Deutscha. Przedstawił wynik Willow jako potwierdzenie przewidywania Deutscha opartego na multiwersum. Według bloga, zespół uznał bezprecedensowe przyspieszenie za dowód, że „im bardziej kwantowy staje się system”, tym bardziej można potrzebować obrazu multiwersum, by to wyjaśnić blog.google.
Jednak kluczowe jest, by zauważyć: wiele światów to tylko jedna z interpretacji mechaniki kwantowej. Inne ramy – jak interpretacja kopenhaska czy teoria pilot-wave (de Broglie–Bohma) – w pełni wyjaśniają zjawiska kwantowe bez odwoływania się do rzeczywistych innych wszechświatów. Główna nauka traktuje wiele światów raczej jako pogląd filozoficzny, a nie empirycznie potwierdzony fakt. W praktyce, przyjęcie interpretacji wielu światów lub innej nie zmienia przewidywań mechaniki kwantowej. Operacje Willow można w pełni opisać standardową teorią kwantową (używając złożonych amplitud w dużej przestrzeni matematycznej zwanej przestrzenią Hilberta) bez zakładania rzeczywistych rozgałęzień. Jak parafrazuje jeden z ekspertów, wypowiedź Nevena zasadniczo „pomieszała pojęcie kwantowo-mechanicznej przestrzeni Hilberta … z pojęciem równoległych wszechświatów”thequantuminsider.com.
Krótko mówiąc, idea wielu światów dostarcza intuicyjnego (choć trudnego do ogarnięcia) obrazu tego, jak komputer kwantowy może osiągać swoje wyniki. Jednak koncepcja rzeczywiście współistniejących wszechświatów pozostaje teoretyczna i nieudowodniona. Komentarz Nevena to interpretacyjny dodatek – ciekawy dla wyobraźni publicznej, ale nie nowe doświadczenie.
Reakcje ekspertów: sceptycyzm i ostrożność
Nic dziwnego, że sugestia, iż Willow wykorzystał „inne wszechświaty”, spotkała się z mieszanymi reakcjami. Wielu przedstawicieli środowiska naukowego apelowało o ostrożność, zauważając, że uwaga o multiwersum to spekulatywna retoryka. Astrofizyk Ethan Siegel (Big Think) odpowiedział dosadnie: „Korekcja błędów Willow jest imponująca, ale… równoległe wszechświaty? To tutaj kompletna bzdura.” Wyjaśnia, że prędkość obliczeń kwantowych można zrozumieć jako wynik matematyki wysokowymiarowej, a nie dosłownego multiwersum. Słowami Siegela, Neven „pomieszał… pojęcie kwantowo-mechanicznej przestrzeni Hilberta… z pojęciem równoległych wszechświatów i multiwersum.” thequantuminsider.com. Big Think podsumowuje: Osiągnięcia Willow są prawdziwe, ale „wbrew twierdzeniom… nie ma to absolutnie nic wspólnego z równoległymi wszechświatami.” bigthink.com.
Znana fizyczka Sabine Hossenfelder (autorka i popularyzatorka nauki) również zabrała głos w mediach społecznościowych. Zauważyła, że test RCS „nie ma praktycznego zastosowania.” newsweek.com Innymi słowy, generowanie losowych wyników z obwodu kwantowego nie rozwiązuje bezpośrednio żadnego użytecznego problemu; to zadanie wyzwanie. Hossenfelder podkreśliła, że Google wybrało to zadanie właśnie dlatego, że wiadomo, iż jest ono trudne dla klasycznych komputerów, co pozwala na uzyskanie dużych, medialnych liczb. Przypomniała czytelnikom, że gdy Google po raz pierwszy ogłosiło „supremację” w 2019 roku, badacze IBM wykazali, że to samo zadanie można wykonać na klasycznym superkomputerze (w ciągu dni, a nie tysiącleci), wykorzystując więcej pamięci dyskowej i sprytne algorytmy. W kontekście Willow ona i inni zauważają, że przyszłe metody klasyczne mogą ponownie zmniejszyć tę różnicę. Jak to ujęła, z praktycznego punktu widzenia ogłoszenie jest „super imponujące… ale konsekwencje dla codziennego życia są zerowe” futurism.com. Szacuje, że będziemy potrzebować około miliona kubitów, zanim maszyny kwantowe zrobią coś naprawdę użytecznego, a do tego jeszcze daleka droga.
Analitycy technologiczni również zalecali bezstronne podejście. Na przykład Satyen K. Bordoloi napisał, że obserwujemy znany schemat „kwantowego szumu medialnego”. Wiele raportów znacznie przeceniało implikacje Willow (nawet twierdząc, że natychmiast rozwiąże problem zmian klimatu lub złamie wszelkie szyfrowanie). Bordoloi zauważa, że „najgorsze są te, które twierdzą, że Willow potrafi liczyć tak szybko, bo uzyskuje dostęp do równoległych wszechświatów.”sify.com. Podkreśla, że choć Willow to rzeczywiście duży skok sprzętowy, relacje medialne były niepotrzebnie sensacyjne. Wyjaśnia też, że liczba „10 sekstylionów lat” pochodzi z modeli matematycznych i ekstrapolacji: Google nie przeprowadziło obliczenia trwającego 10^25 lat, lecz zamodelowało, jak klasyczny superkomputer mógłby mieć trudności z tym zadaniem sify.com. Krótko mówiąc, rzeczywisty eksperyment został wykonany; skrajny szacunek czasowy to tylko sposób na wyrażenie trudności zadania przy obecnych założeniach.
Pomimo sceptycyzmu, nie wszystkie komentarze były negatywne. TechCrunch zauważył, że „inni w internecie… argumentowali, że wnioski Nevena są więcej niż prawdopodobne,” wskazując, że idea multiwersum to rzeczywiście „obszar poważnych badań” w fizyce fundamentalnej techcrunch.com. Niektórzy entuzjaści kwantowi rozkoszują się poetycką wizją, że Willow to okno na głębszą rzeczywistość. Jednak nawet zwolennicy traktują to jako perspektywę filozoficzną, a nie dowód empiryczny. Konsensus naukowy pozostaje niezmienny: wyniki Willow uzasadniają świętowanie przyspieszenia kwantowego, ale nie stanowią dowodu eksperymentalnego na istnienie dosłownych równoległych wszechświatów.
Co naprawdę pokazuje wydajność Willow
Podsumowując, co możemy powiedzieć? Osiągnięcia techniczne Willow są konkretne: wykazano rekordowo niskie wskaźniki błędów przy skalowaniu kubitów (pierwsza „poniżej progu” korekcja błędów w systemie nadprzewodzącym) oraz ogromną różnicę w czasie przetwarzania klasycznego i kwantowego na benchmarku blog.google. To ważne kamienie milowe na drodze do potężnych komputerów kwantowych. W tym sensie Willow udowadnia, że Google przesuwa granice inżynierii kwantowej dalej niż dotychczas.
Dla kontrastu, interpretacja tych wyników jako „multiwersum” jest nieudowodniona i spekulatywna. Nie pojawiło się tu żadne nowe obserwowalne zjawisko – to po prostu znakomite obliczenie kwantowe. Wzmianka o multiwersum była raczej barwnym sposobem podkreślenia skali osiągnięcia i nawiązaniem do wcześniejszych pomysłów Davida Deutscha. Jak ujęto to w jednym z podsumowań: „Osiągnięcie Willow… stanowi znaczący krok naprzód… Jednak twierdzenia o udowodnieniu multiwersum pozostają spekulatywne. Na razie multiwersum pozostaje kuszącą teorią bez konkretnych dowodów.”thequantuminsider.com.
Podstawy obliczeń kwantowych nie wymagają istnienia rzeczywistych alternatywnych światów. W laboratorium Willow to po prostu fizyka i układy scalone podlegające równaniu Schrödingera. Matematycy opisują to, co się wydarzyło, w gigantycznej przestrzeni stanów o wymiarze 2^105, ale czy odpowiada to wielu rzeczywistym wszechświatom, to już kwestia interpretacji. Inne interpretacje (jak kopenhaska) twierdzą, że szybkie odpowiedzi układu wynikają ze spójnej ewolucji funkcji falowej, a nie z rzeczywiście oddzielnych rzeczywistości. Co ważne, żaden eksperyment nigdy nie wykrył ani nie zmierzył wszechświata równoległego; żadna „inna gałąź” nie zakłóciła w sposób, który moglibyśmy zarejestrować.
Co istotne, przewaga szybkości Google prawdopodobnie zmaleje z czasem, gdy metody klasyczne się poprawią. Przykład IBM z 2019 roku pokazuje, że sprytny algorytm lub więcej sprzętu często może zniwelować różnice. Sam Google zauważa, że nawet przy hojnych założeniach komputer klasyczny potrzebowałby „około miliarda lat” na zadanie Willow reuters.com – to wciąż ogromnie dużo, ale znacznie mniej niż 10^25 lat. Innymi słowy, szacunek klasyczny zależy od modelu. Przyszłe prace (lub nowy sprzęt) mogą go jeszcze bardziej obniżyć.
Podsumowując: chip Willow dowodzi, że niezwykle szybkie próbkowanie kwantowe jest możliwe, ale nie dowodzi istnienia wszechświatów równoległych. Wydajność jest godna podziwu i jest dowodem rzeczywistej przewagi kwantowej w tym teście, ale odwoływanie się do multiwersum to skok interpretacyjny, a nie wniosek wyciągnięty z danych. Jak podsumowuje jedna z analiz, „Komputery kwantowe są gotowe do wywoływania naukowych dyskusji i głębszych badań – i to jest pozytywne… Czy chip potwierdza multiwersum… to pozostaje przedmiotem dalszej debaty.”thequantuminsider.com Sama debata – o tym, co mechanika kwantowa naprawdę oznacza – rzeczywiście nabiera tempa dzięki takim przypadkom, ale twierdzenie o „wszechświatach równoległych” pozostaje zdecydowanie w sferze prowokacyjnej teorii, a nie ustalonego faktu.
Wnioski
Willow firmy Google stanowi rzeczywisty postęp w budowie większych, bardziej niezawodnych procesorów kwantowych. Jej wydajność w testach – obsługa superpozycji odpowiadającej tysiącom kubitów w ciągu kilku minut – to osiągnięcie, które znacznie przewyższa możliwości dzisiejszych komputerów klasycznych w tym konkretnym zadaniu blog.google, reuters.com. Jednak interpretowanie tego sukcesu jako dowodu na istnienie wszechświatów równoległych nie jest poparte dowodami empirycznymi. Wypowiedź lidera zespołu kwantowego Google była aluzją do jednej z interpretacji mechaniki kwantowej (sięgającej Everetta i Deutscha), ale nie powinna być traktowana jako naukowe odkrycie nowych światów. Eksperci podkreślają, że przyspieszenia kwantowe można wyjaśnić matematycznie w ramach jednego wszechświata równie dobrze, a interpretacja wielu światów to tylko jeden ze sposobów konceptualizacji tego, co dzieje się wewnątrz układu kwantowego thequantuminsider.com.
Podsumowując, rekordowy wynik Willow to imponujący kamień milowy w inżynierii komputerów kwantowych, ale nie stanowi on dowodu eksperymentalnego na istnienie multiwersum. Twierdzenia, że „obliczenia zostały pożyczone z innych wszechświatów”, należy traktować jako metaforyczne ozdobniki. Prawdziwy wniosek jest taki, że wkraczamy w nową fazę możliwości sprzętu kwantowego – krok w kierunku rozwiązywania rzeczywistych problemów – ale nie odkryliśmy dosłownie ukrytych światów. W miarę jak badacze przesuwają granice, powinniśmy doceniać techniczne osiągnięcia Willow, zachowując jednocześnie odpowiedni dystans do twierdzeń o multiwersum: intrygujące do rozważań, ale na razie spekulatywne naukowo.
Źródła: W całym tekście korzystano z autorytatywnych artykułów prasowych i naukowych, w tym z oficjalnego ogłoszenia Google blog.google, Reuters reuters.com, komentarzy ekspertów z Newsweek, Futurism, BigThink i innych newsweek.com, futurism.com, bigthink.com, a także szczegółowych analiz The Quantum Insider i Sify thequantuminsider.com, sify.com. Wszystkie zostały zacytowane powyżej.
