Wydarzenie, które eksperci określają mianem „świętego Graala” informatyki kwantowej, stało się faktem – naukowcom po raz pierwszy udało się bezwarunkowo wykazać wykładnicze przyspieszenie obliczeń względem komputerów klasycznych, realizując tym samym teoretyczną obietnicę, która dotąd istniała jedynie na papierze.
Przełom został osiągnięty przez zespół pod kierownictwem profesora inżynierii i eksperta od korekcji błędów kwantowych, Daniela Lidara z Uniwersytetu Południowej Kalifornii (USC), we współpracy z naukowcami z USC i Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa. Wykorzystując dwa 127-kubitowe procesory kwantowe Eagle firmy IBM, dostępne zdalnie przez chmurę, badacze zmierzyli się z wariacją „problemu Simona” – matematycznego wyzwania polegającego na odnajdywaniu ukrytych wzorców, będącego prekursorem algorytmu faktoryzacji Shora.
„Dotychczas demonstrowano bardziej umiarkowane rodzaje przyspieszeń, takie jak przyspieszenie wielomianowe” – wyjaśnia Lidar – „ale wykładnicze przyspieszenie to najbardziej spektakularny rodzaj przewagi, jakiej oczekujemy od komputerów kwantowych.”
Wyjątkowość tego osiągnięcia polega na tym, że przyspieszenie jest „bezwarunkowe”, czyli nie opiera się na żadnych nieudowodnionych założeniach dotyczących algorytmów klasycznych. Wcześniejsze doniesienia o przewadze kwantowej wymagały założenia, że nie istnieje lepszy algorytm klasyczny do porównania. W badaniu Lidara różnica w wydajności podwaja się z każdym kolejnym parametrem, co oznacza nieosiągalną przewagę wraz ze wzrostem złożoności problemu.
Zespół pokonał największą przeszkodę komputerów kwantowych – szum i błędy – stosując zaawansowane techniki, w tym „dynamiczne rozsprzęganie”, polegające na użyciu precyzyjnie zaprojektowanych sekwencji impulsów, które izolują kubity od zakłóceń środowiskowych. To właśnie ta metoda miała największy wpływ na wykazanie przewagi kwantowej.
Lidar zastrzega jednak, że „to osiągnięcie nie ma obecnie praktycznych zastosowań poza wygrywaniem gier w zgadywanie”, a przed komputerami kwantowymi jeszcze długa droga do rozwiązywania rzeczywistych problemów. Niemniej jednak sukces ten jednoznacznie potwierdza, że komputery kwantowe mogą spełnić swoje teoretyczne obietnice. Badania wskazują na przyszłość, w której informatyka kwantowa może zrewolucjonizować takie dziedziny jak sztuczna inteligencja, kryptografia, odkrywanie leków czy nauka o materiałach, rozwiązując dotąd nieosiągalne problemy obliczeniowe.