У тому, що експерти називають «святим Граалем» квантових обчислень, дослідники нарешті продемонстрували безумовне експоненціальне прискорення порівняно з класичними комп’ютерами, виконавши теоретичну обіцянку, яка до цього існувала лише на папері.
Прорив здійснила команда під керівництвом Даніеля Лідара, професора інженерії з USC та експерта з квантової корекції помилок, у співпраці з колегами з USC та Університету Джонса Гопкінса. Використовуючи два 127-кубітні квантові процесори Eagle від IBM, які працювали віддалено через хмару, дослідники розв’язали варіацію «задачі Саймона» — математичної задачі з пошуку прихованих закономірностей, яка вважається попередницею алгоритму факторизації Шора.
«Раніше вже демонстрували більш скромні типи прискорення, наприклад, поліноміальне прискорення, — пояснює Лідар, — але експоненціальне прискорення — це найяскравіший тип прискорення, який ми очікуємо побачити від квантових комп’ютерів».
Особливо важливим це досягнення робить те, що прискорення є «безумовним», тобто не спирається на жодні непідтверджені припущення щодо класичних алгоритмів. Попередні заяви про квантову перевагу вимагали припущення, що не існує кращого класичного алгоритму для порівняння. Розрив у продуктивності, продемонстрований у цьому дослідженні, приблизно подвоюється з кожною додатковою змінною, створюючи непереборну перевагу зі зростанням складності задачі.
Команда подолала найбільший виклик квантових обчислень — шум і помилки — застосувавши низку складних технік, зокрема «динамічне роз’єднання», яке використовує ретельно спроєктовані послідовності імпульсів для ізоляції кубітів від шумного оточення. Саме цей метод мав найбільший вплив на демонстрацію квантового прискорення.
Хоча Лідар застерігає, що «цей результат не має практичних застосувань, окрім виграшу в іграх на вгадування», і попереду ще багато роботи, перш ніж квантові комп’ютери зможуть розв’язувати реальні задачі, це досягнення остаточно доводить, що квантові комп’ютери здатні виконати свою теоретичну обіцянку. Дослідження відкриває шлях до майбутнього, де квантові обчислення можуть революціонізувати такі галузі, як штучний інтелект, криптографія, розробка ліків і матеріалознавство, вирішуючи раніше непідйомні обчислювальні задачі.