Σε ένα ορόσημο για την κβαντική υπολογιστική, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνιας και το Πανεπιστήμιο Johns Hopkins επέτυχαν αυτό που πολλοί θεωρούν το Άγιο Δισκοπότηρο του κλάδου: μια άνευ όρων εκθετική επιτάχυνση κβαντικού υπολογιστή.
Η ομάδα, υπό την ηγεσία του καθηγητή Daniel Lidar, κατόχου της Έδρας Μηχανικής Viterbi στο USC, χρησιμοποίησε δύο από τους κβαντικούς επεξεργαστές Eagle των 127 qubit της IBM για να επιλύσει μια παραλλαγή του προβλήματος του Simon—μια μαθηματική πρόκληση που θεωρείται πρόδρομος του αλγορίθμου παραγοντοποίησης του Shor. Τα αποτελέσματά τους δημοσιεύθηκαν στο Physical Review X στις 5 Ιουνίου 2025.
«Ο διαχωρισμός στην απόδοση δεν μπορεί να αντιστραφεί, επειδή η εκθετική επιτάχυνση που επιδείξαμε είναι, για πρώτη φορά, άνευ όρων», εξηγεί ο Lidar. Αυτό που καθιστά αυτή την επιτάχυνση «άνευ όρων» είναι ότι δεν βασίζεται σε ατεκμηρίωτες υποθέσεις σχετικά με τους κλασικούς αλγορίθμους, σε αντίθεση με προηγούμενους ισχυρισμούς περί κβαντικού πλεονεκτήματος.
Για να επιτύχουν αυτό το επίτευγμα, οι ερευνητές εφάρμοσαν προηγμένες τεχνικές μετριασμού σφαλμάτων, όπως η δυναμική αποσύζευξη και ο μετριασμός σφαλμάτων μέτρησης. Αυτές οι μέθοδοι βοήθησαν στη διατήρηση της κβαντικής συνοχής και στη βελτίωση της ακρίβειας των αποτελεσμάτων, παρά τον εγγενή θόρυβο του σύγχρονου κβαντικού υλικού.
Η εκθετική επιτάχυνση σημαίνει ότι το χάσμα απόδοσης μεταξύ κβαντικών και κλασικών προσεγγίσεων περίπου διπλασιάζεται με κάθε πρόσθετη μεταβλητή στο πρόβλημα. Καθώς οι κβαντικοί επεξεργαστές συνεχίζουν να βελτιώνονται σε ποιότητα και κλίμακα, αυτό το πλεονέκτημα θα γίνεται όλο και πιο έντονο.
Αν και ο Lidar προειδοποιεί ότι «αυτό το αποτέλεσμα δεν έχει πρακτικές εφαρμογές πέρα από το να κερδίζει παιχνίδια μαντεψιάς», η επίδειξη αποδεικνύει ότι οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν οριστικά να ξεπεράσουν τους κλασικούς για συγκεκριμένες εργασίες. Αυτή η επιβεβαίωση της θεωρητικής υπόσχεσης της κβαντικής υπολογιστικής ανοίγει τον δρόμο για πρακτικές εφαρμογές που μέχρι τώρα ήταν μόνο θεωρητικές, με τη δυνατότητα να φέρουν επανάσταση σε τομείς όπως η κρυπτογραφία και η επιστήμη υλικών.
Ο επεξεργαστής Eagle των 127 qubit της IBM, που παρουσιάστηκε για πρώτη φορά το 2021, αποτελεί σημαντικό σταθμό στην εξέλιξη του κβαντικού υλικού. Ήταν ο πρώτος κβαντικός επεξεργαστής που ξεπέρασε το φράγμα των 100 qubit, εισερχόμενος σε πεδίο όπου οι κβαντικές καταστάσεις δεν μπορούν πλέον να προσομοιωθούν αξιόπιστα από κλασικούς υπολογιστές.