Asiantuntijoiden mukaan kvanttilaskennan 'pyhä graali' on nyt saavutettu: tutkijat ovat vihdoin osoittaneet ehdottoman eksponentiaalisen nopeutuksen klassisiin tietokoneisiin verrattuna, lunastaen teoreettisen lupauksen, joka on aiemmin ollut vain paperilla.
Läpimurto syntyi Daniel Lidarin, USC:n insinööriprofessorin ja kvanttivirheenkorjauksen asiantuntijan, johtaman ryhmän toimesta yhteistyössä USC:n ja Johns Hopkinsin yliopiston kanssa. Tutkijat hyödynsivät kahta IBM:n 127-kubittista Eagle-kvanttiprosessoria, joita käytettiin etäyhteydellä pilven kautta, ja ratkaisivat Simonin ongelman muunnelman – matemaattisen haasteen, jossa etsitään piilotettuja rakenteita ja jota pidetään Shorin tekijöintialgoritmin edeltäjänä.
"Aiemmin on osoitettu vaatimattomampia nopeutuksia, kuten polynomista nopeutusta", Lidar selittää. "Mutta eksponentiaalinen nopeutus on dramaattisin nopeutuksen muoto, jota kvanttitietokoneilta odotamme."
Saavutuksesta tekee erityisen merkittävän se, että nopeutus on "ehdoton", eli se ei perustu todistamattomiin oletuksiin klassisista algoritmeista. Aiemmat väitteet kvanttiedusta ovat edellyttäneet, ettei parempaa klassista algoritmia ole olemassa. Tässä tutkimuksessa osoitettu suorituskykyero kaksinkertaistuu suunnilleen jokaisen lisämuuttujan myötä, mikä tekee etumatkasta ylitsepääsemättömän ongelman monimutkaistuessa.
Tutkimusryhmä onnistui voittamaan kvanttilaskennan suurimman haasteen – kohinan ja virheet – soveltamalla useita kehittyneitä tekniikoita, kuten "dynaamista dekytkentää", jossa käytetään tarkkaan suunniteltuja pulssisarjoja eristämään kubitit häiriöalttiista ympäristöstään. Tällä menetelmällä oli ratkaisevin vaikutus kvanttinopeutuksen osoittamisessa.
Lidar kuitenkin huomauttaa, että "tällä tuloksella ei ole käytännön sovelluksia muuta kuin arvauspelien voittamisessa", ja paljon työtä on vielä tehtävä ennen kuin kvanttitietokoneet ratkaisevat todellisia ongelmia. Saavutus kuitenkin osoittaa vakuuttavasti, että kvanttitietokoneet voivat lunastaa teoreettisen lupauksensa. Tutkimus viitoittaa tietä tulevaisuuteen, jossa kvanttilaskenta voi mullistaa aloja kuten tekoäly, kryptografia, lääkekehitys ja materiaalitiede ratkaisemalla aiemmin mahdottomina pidettyjä laskennallisia ongelmia.