Физики математически строго показали, что квантовый компьютер способен решать особую задачу так, как классическому компьютеру это в принципе не под силу. Результат не опирается на недоказанные предположения о пределах обычных вычислений. Работа опубликована в журнале Nature Communications.

В чём была проблема

Доказать «квантовое превосходство» обычно сложно. Чаще всего такие заявления строятся на гипотезе, что у классических компьютеров нет быстрого способа решить задачу. Строго это, как правило, не доказано. Поэтому исследователи искали постановку, в которой преимущество квантовой машины можно подтвердить без подобных допущений.

Какую задачу придумали

Команда под руководством Марчелло Бенедетти и Гарри Бурмана из британской компании Quantinuum разработала игру на основе так называемого комплементарного семплирования. В этой схеме квантовый компьютер благодаря суперпозиции оперирует сразу всем набором возможных ответов, прежде чем выполнить измерение. Классическая машина может работать только с отдельными образцами.

Эксперименты провели на квантовом процессоре, постепенно увеличивая сложность: до 55 кубитов и строк длиной до 37 бит. С ростом размера задачи разрыв между квантовой и классической системами увеличивался экспоненциально. Учёные зафиксировали «экспоненциально большое нарушение классичности».

Почему это важно

Главная ценность работы в том, что она предлагает эффективный и масштабируемый способ проверять квантовое превосходство без опоры на недоказанные утверждения о возможностях обычных компьютеров. По словам авторов, это заметный шаг к практическому подтверждению того, что квантовые устройства действительно умеют то, чего не могут классические.

Такой тест особенно полезен при развитии техники: с его помощью можно оценивать новые процессоры по мере их усложнения и отличать реальное преимущество от ошибок или сбоев.

При этом речь идёт о специально сконструированной задаче, созданной именно для демонстрации превосходства. До повседневной практической пользы — например, в химии или криптографии — квантовым компьютерам по-прежнему далеко.

Вкратце

Учёные из Quantinuum математически строго доказали преимущество квантового компьютера на задаче комплементарного семплирования. В экспериментах с процессором до 55 кубитов разрыв с классическими методами рос экспоненциально. Новый подход позволяет проверять квантовое превосходство без недоказанных предположений о пределах обычных вычислений, хотя пока речь идёт о специально подобранной демонстрационной задаче, а не о прикладном применении.