Квантовый компьютер впервые прошёл тест, недостижимый для классических систем

Специалисты британской компании Quantinuum Марчелло Бенедетти и Гарри Бурман экспериментально доказали, что квантовые вычисления вышли на недосягаемый для классических систем уровень. Запустив сложный тест на ионном квантовом процессоре, они зафиксировали результаты, превосходящие абсолютный предел производительности, математически доказанный для любых кремниевых ПК и суперкомпьютеров. Как сообщается в журнале Nature Communications, при дальнейшем повышении сложности расчётов превосходство квантовой системы становилось лишь более подавляющим, оставляя классическую архитектуру далеко позади.

Эксперимент направлен на решение фундаментальной проблемы верификации квантовых вычислений. Ранее подтверждение превосходства квантовых систем над суперкомпьютерами сталкивалось с препятствием: проверка вычислений квантового процессора требовала от классических машин объема ресурсов, делающего аудит практически невыполнимым, либо опиралась на недоказанные теоретические гипотезы.

Для проверки ученые применили математическую задачу под названием «комплементарная выборка» (complement sampling), сформулированную в виде алгоритмической игры. Множество возможных данных делится на части. Системе передается значение из одного набора, а ее задача — вернуть значение из дополняющего набора. Для классических алгоритмов существует строгий математический предел вероятности успеха: чтобы гарантировать правильный результат, им требуется проанализировать объем данных, растущий экспоненциально.

Квантовая система Quantinuum H2 на захваченных ионах, задействовавшая до 55 кубитов и тысячи тестовых схем, использовала квантовую суперпозицию. Кубиты способны одновременно находиться в комбинации состояний нуля и единицы до момента измерения. Это позволило процессору обработать входное распределение как единое квантовое состояние, выполнить операцию преобразования и зафиксировать правильный ответ.

Тестирование показало, что квантовая система превзошла предельный порог классической производительности. При этом результаты проверяются на обычном компьютере за полиномиальное время без экспоненциального роста вычислительных затрат. Опыт подтвердил способность квантовых устройств решать задачи за границами возможностей традиционной вычислительной техники без привлечения недоказанных теоретических допущений.