В том, что эксперты называют «святым Граалем» квантовых вычислений, исследователям наконец удалось продемонстрировать безусловное экспоненциальное ускорение по сравнению с классическими компьютерами, воплотив в реальность теоретическое обещание, существовавшее до сих пор лишь на бумаге.
Прорыв был достигнут командой под руководством Даниэля Лидара, профессора инженерии Университета Южной Калифорнии и эксперта по коррекции квантовых ошибок, совместно с коллегами из USC и Университета Джонса Хопкинса. Используя два 127-кубитных квантовых процессора Eagle от IBM, работающих удалённо через облако, исследователи решили вариацию «задачи Саймона» — математической задачи по поиску скрытых закономерностей, которая считается предшественником алгоритма факторизации Шора.
«Ранее уже демонстрировались более скромные типы ускорения, например, полиномиальное ускорение, — объясняет Лидар. — Но экспоненциальное ускорение — это самый впечатляющий тип ускорения, которого мы ожидаем от квантовых компьютеров».
Особую значимость этого достижения придаёт тот факт, что ускорение является «безусловным», то есть не зависит от каких-либо недоказанных предположений о классических алгоритмах. Предыдущие заявления о квантовом превосходстве требовали предположения, что не существует лучшего классического алгоритма для сравнения. Разрыв в производительности, продемонстрированный в этом исследовании, примерно удваивается с добавлением каждой новой переменной, что делает преимущество квантовых вычислений непреодолимым по мере усложнения задачи.
Команда преодолела главную проблему квантовых вычислений — шум и ошибки — с помощью ряда сложных методов, включая «динамическое развязывание», при котором используются специально разработанные последовательности импульсов для изоляции кубитов от шумной среды. Именно этот метод оказал наибольшее влияние на демонстрацию квантового ускорения.
Хотя Лидар предупреждает, что «этот результат не имеет практических применений, кроме выигрыша в угадайках», и до решения реальных задач квантовым компьютерам ещё предстоит пройти долгий путь, достижение твёрдо доказывает, что квантовые компьютеры способны реализовать свой теоретический потенциал. Исследование указывает на будущее, в котором квантовые вычисления могут революционизировать такие области, как искусственный интеллект, криптография, разработка лекарств и материаловедение, решая ранее неразрешимые вычислительные задачи.