Важливий рубіж. Квантовий комп’ютер розгромив класичний у математичній грі

Часто перевірка результатів квантових обчислень вимагає від звичайних комп'ютерів виконання операцій, які є для них надмірно складними. Цю проблему, відому як квантова верифікація, вдалося вирішити команді фахівців під керівництвом Марчелло Бенедетті та Гаррі Бурмана з британської компанії Quantinuum. Науковці розробили оригінальний експериментальний тест у формі математичної гри; результати цієї роботи опубліковано у виданні Nature Communications.

В основі тесту лежить завдання під назвою «вибірка доповнення». Усі можливі варіанти відповідей таємно поділяють на дві рівні групи — A та B. Отримавши один випадковий елемент із групи A, комп’ютер має видати відповідь із групи B. Для класичного ПК це завдання є експоненціально складним: знаючи лише один елемент із групи A, він не має уявлення про належність інших варіантів, тому ймовірність правильної відповіді стрімко знижується зі збільшенням обсягу даних. Для класичних систем існує математично доведена межа ефективності, яку неможливо подолати за допомогою жодного алгоритму.

Натомість квантовий комп’ютер використовує фізичний принцип суперпозиції, перебуваючи в кількох станах одночасно. Замість того щоб зводити відповідь до одного зразка, квантова система формує стан, що містить усю множину A в суперпозиції, за допомогою спеціальної схеми перетворює його на множину B і лише після цього виконує вимірювання.

Для перевірки теорії дослідники запустили програму на квантовій системі з утримуваними іонами Quantinuum H2, використовуючи тисячі різних схем і масштабуючи експерименти до 55 кубітів. Попри наявність апаратного шуму в реальному обладнанні, квантова система в усіх випробуваннях статистично й беззаперечно перевершила межу можливостей класичних комп'ютерів. На найбільшому масштабі — з 37-бітними послідовностями — спостерігалося експоненціальне зростання переваги квантового процесора.

Отримані результати є важливим підтвердженням концепції, що надає науковцям новий надійний і масштабований спосіб тестування квантового обладнання без покладання на недоведені припущення щодо меж класичних систем.