IBM и исследователи Чикагского университета заявили о важном достижении в квантовых вычислениях: их система выполнила вычисление, которое современные классические методы практически не способны воспроизвести. При этом ученым удалось получить статистически подтверждаемую уверенность в правильности результата, передает PHYS.org. 

Квантовое преимущество удалось проверить

Исследователи называют эксперимент демонстрацией одного из ключевых критериев «квантового преимущества» — ситуации, когда квантовый компьютер не просто выполняет задачу быстрее классического, но решает её за пределами практических возможностей традиционных вычислений.

Для проверки квантовых систем физики давно используют метод random circuit sampling (RCS). Он заставляет квантовый компьютер генерировать чрезвычайно сложные последовательности, которые классическим компьютерам становится всё труднее воспроизводить.

Однако здесь возникает проблема: чем сложнее вычисление, тем труднее независимо проверить, что квантовый компьютер действительно получил правильный результат.

В новом эксперименте исследователи использовали специально разработанную структуру квантовых схем. Она сохраняет вычислительную сложность RCS, но одновременно позволяет обнаруживать ошибки в процессе вычисления.

По словам доцента Чикагского университета Билла Феффермана, это повышает уверенность в том, что квантовый компьютер действительно решает сложную вычислительную задачу, а не просто выдаёт результат, который невозможно проверить.

70 логических кубитов и 15 минут работы

Эксперимент стал одной из крупнейших демонстраций логических квантовых вычислений с коррекцией ошибок. Исследователи успешно использовали 70 логических кубитов, выполнили 2415 логических двухкубитных операций и 468 T-гейтов — операций, характеризующих сложность квантовой схемы.

На выполнение задачи квантовому компьютеру IBM потребовалось около 15 минут. Исследователи утверждают, что для ведущих классических методов симуляции аналогичная задача потребовала бы практически неприемлемого времени.

Глава IBM Research Джей Гамбетта заявил, что эксперимент означает переход квантовых вычислений в эпоху практического квантового преимущества. По его словам, полученный результат создаёт основу для дальнейшего масштабирования квантовых систем и их использования в задачах, которые невозможно решить классическими методами.

Работа пока опубликована в виде препринта на arXiv. Авторы подчеркивают, что развитие методов проверки результатов особенно важно для будущих практических применений квантовых компьютеров: по мере роста сложности вычислений одной демонстрации высокой производительности будет недостаточно — необходимо будет также доказать, что полученные результаты действительно заслуживают доверия.