Σε αυτό που οι ειδικοί αποκαλούν το «άγιο δισκοπότηρο» της κβαντικής υπολογιστικής, οι ερευνητές κατάφεραν τελικά να επιδείξουν μια άνευ όρων εκθετική επιτάχυνση έναντι των κλασικών υπολογιστών, εκπληρώνοντας μια θεωρητική υπόσχεση που μέχρι τώρα υπήρχε μόνο στα χαρτιά.
Η ανακάλυψη προήλθε από μια ομάδα με επικεφαλής τον Daniel Lidar, καθηγητή μηχανικής στο USC και ειδικό στη διόρθωση σφαλμάτων στην κβαντική υπολογιστική, σε συνεργασία με ερευνητές από το USC και το Πανεπιστήμιο Johns Hopkins. Χρησιμοποιώντας δύο από τους κβαντικούς επεξεργαστές Eagle των 127 qubit της IBM, που λειτουργούσαν απομακρυσμένα μέσω cloud, οι ερευνητές αντιμετώπισαν μια παραλλαγή του «προβλήματος του Simon» — μιας μαθηματικής πρόκλησης που αφορά την εύρεση κρυφών προτύπων και θεωρείται πρόδρομος του αλγορίθμου παραγοντοποίησης του Shor.
«Έχουν υπάρξει στο παρελθόν επιδείξεις πιο μετριοπαθών τύπων επιτάχυνσης, όπως η πολυωνυμική επιτάχυνση», εξηγεί ο Lidar, «αλλά η εκθετική επιτάχυνση είναι ο πιο εντυπωσιακός τύπος επιτάχυνσης που αναμένουμε να δούμε από τους κβαντικούς υπολογιστές».
Αυτό που καθιστά το επίτευγμα ιδιαίτερα σημαντικό είναι ότι η επιτάχυνση είναι «άνευ όρων», δηλαδή δεν βασίζεται σε καμία ατεκμηρίωτη υπόθεση σχετικά με τους κλασικούς αλγορίθμους. Προηγούμενοι ισχυρισμοί για κβαντική υπεροχή απαιτούσαν την υπόθεση ότι δεν υπήρχε καλύτερος κλασικός αλγόριθμος για σύγκριση. Το χάσμα απόδοσης που καταδείχθηκε σε αυτή την έρευνα περίπου διπλασιάζεται με κάθε επιπλέον μεταβλητή, δημιουργώντας ένα ανυπέρβλητο πλεονέκτημα καθώς αυξάνεται η πολυπλοκότητα του προβλήματος.
Η ομάδα ξεπέρασε τη μεγαλύτερη πρόκληση της κβαντικής υπολογιστικής — τον θόρυβο και τα σφάλματα — εφαρμόζοντας αρκετές εξελιγμένες τεχνικές, συμπεριλαμβανομένης της «δυναμικής αποσύζευξης», που χρησιμοποιεί προσεκτικά σχεδιασμένες ακολουθίες παλμών για να απομονώσει τα qubit από το θορυβώδες περιβάλλον τους. Αυτή η μέθοδος είχε τη μεγαλύτερη επίδραση στην επίδειξη της κβαντικής επιτάχυνσης.
Αν και ο Lidar προειδοποιεί ότι «το αποτέλεσμα αυτό δεν έχει πρακτικές εφαρμογές πέρα από το να κερδίζει κανείς παιχνίδια μαντεψιάς» και απομένει πολλή δουλειά πριν οι κβαντικοί υπολογιστές λύσουν προβλήματα του πραγματικού κόσμου, το επίτευγμα εδραιώνει σταθερά ότι οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να ανταποκριθούν στη θεωρητική τους υπόσχεση. Η έρευνα δείχνει προς ένα μέλλον όπου η κβαντική υπολογιστική θα μπορούσε να φέρει επανάσταση σε τομείς όπως η τεχνητή νοημοσύνη, η κρυπτογραφία, η ανακάλυψη φαρμάκων και η επιστήμη υλικών, αντιμετωπίζοντας υπολογιστικά προβλήματα που μέχρι σήμερα θεωρούνταν άλυτα.