A Google tavalyi bejelentését, miszerint az általuk fejlesztett rendszer kvantumfölényt valósított meg, vagyis az átaluk fejlesztett, kvantumrendszerű processzor egy olyan feladatot hajtott végre, ami hagyományos számítógéppel nem lenne megvalósítható, ellentmondásos fogadtatás követte. A rendszer egyetlen specifikus feladatra volt jó (lényegileg egy véletlenszám-generátor eredményeit ellenőrizte), aminek csak elég korlátozott gyakorlati haszna látszott, és sokan joggal jegyezték meg, hogy ez még nem igazolja, hogy a fejlesztés bármire jó lesz.

Az új bejelentés szerint azonban a fejlesztők nagy lépést tettek a tényleges hasznosíthatóság felé, hiszen sikeresen szimuláltak egy kémiai reakciót. A módszer továbbfejlesztése, vagyis a kvantumkémia megvalósítása pedig valóban nagyon izgalmas lenne, hiszen a kutatók újdonságokat deríthetnének ki a molekuláris reakciók menetéről, ami többek közt jobb akkumulátorok és új légtisztító módszerek kifejlesztéséhez vezethet.

A tavalyi eredményt egy 53 kvantumbites, Sycamore nevű chip révén valósították meg. A rendszer abszolút nulla fok közelébe hűtve működik, ahol a kvantumbiteket a hagyományos bitek 0 vagy 1 állapotához képest összetettebb állapotokba lehet állítani. Az alapkoncepció az, hogy ezen komplexebb bitek révén a jelenleginél sokkal gyorsabb számításokra képes, ezáltal például sokkal komplexebb folyamatok modellezésére alkalmas számítógépek kerülhetnek kifejlesztésre.

Az új kvantumkémiai kísérlet során a Sycamore egy 12 kvantumbites változatát használták. Ez ugyan egyszerűbb volt az előző rendszerhez képest, de Ryan Babbush, a projekt egyik vezetője szerint így is teljesen alkalmas arra, hogy demonstrálja a rendszer működőképességét. Babbush elmondása szerint a kísérlet igazolta, hogy a rendszer egy teljes mértékben programozható, digitális kvantumszámítógép, amely sokféle potenciális feladat megoldására alkalmas lehet.

A fejlesztők először egy 12 hidrogénatomból álló molekula egyszerűsített energiaállapotát szimulálták, ahol a 12 kvantumbit egy-egy atomok egyetlen elektronját reprezentálta. Majd hidrogénből és nitrogénből álló molekula kémiai reakcióját modellezték, beleértve azt is, hogyan változik meg a molekula elektromos szerkezete, ha a hidrogénatomok átrendeződnek. Mivel az elektronok energiaszintjétől függ, hogy egy reakció milyen gyorsan megy végbe adott hőmérséklet és koncentráció mellett, a hasonló szimulációk nagyon fontosak lehetnek a reakciók részleteinek megismeréséhez, amelyekkel kapcsolatban még mindig sok a rejtély.

A kutatók által lefuttatott szimuláció klasszikus számítógépeken is elvégezhető, tehát önmagában nem demonstrálta a kvantumrendszer fölényét. A nagy eredmény inkább a módszertanban rejlik, ami rendkívül fontos lehet a jövő kvantumkémiai szimulációi során, mondja Nicholas Rubin, a Google egyik kvantumfejlesztője. A végrehajtott szimuláció így is rekordot döntött, mivel kétszer annyi bittel zajlott, mint a korábbi legnagyobb kvantumszámítógépen végzett kémiai számítás.

Utóbbit 2017-ben az IBM hajtotta végre 6 kvantumbittel, és ez Rubin elmondása szerint egy olyan bonyolultságú molekuláris rendszert írt, amelyre a vonatkozó számításokat a tudósok az 1920-as években papíron el tudták végezni. A 12 kvantumbites számítással a Google kísérlete egy 1940-es évekbeli számítógép szintjén áll, teszi hozzá a kutató. Ha ezt sikerül megduplázni, elérjük a nyolcvanas éveket, és ha ezt is megduplázzák, valószínűleg elérjük azt a szintet, ami hagyományos számítógépekkel már nem valósítható meg, mondja Rubin.