Квантовые компьютеры, наконец, достигли безусловного превосходства

Что может квантовые компьютеры Это их традиционные коллеги абсолютно не могут? Это один из самых больших вопросов, с которыми сталкивается быстрорастущая отрасль, и теперь у нас наконец-то есть неприступный ответ.

Вместо классических битов квантовые компьютеры используют кубиты, которые могут существовать в больше штатов чем «0» или «1», теоретически дает им вычислительное преимущество. Но может ли квантовый компьютер сделать что -то невозможное или непрактичное даже для лучших традиционных компьютеров – подвиг квантового превосходства – оказался трудным и спорным вопросом. Это связано с тем, что истинный пример квантового превосходства должен быть практической вычислительной задачей, поэтому его можно проверить на реалистичном квантовом оборудовании и доказуемое, поэтому все математические и алгоритмические уловки, которые могут помочь классическому компьютеру в конечном итоге, должны быть строго исключены.

Уильям Кречмер В Техасском университете в Остине и его коллегах теперь завершили эксперимент, который удовлетворяет оба критерия. В отличие от нескольких прошлых заявлений о квантовом превосходстве, где классические компьютеры в конечном итоге закрыл разрыв в производительности Между ними и их квантовыми конкурентами исследователи теперь говорят, что «наш результат доказуемый и постоянный: ни одно будущее развитие в классических алгоритмах не может закрыть этот разрыв».

Команда использовала 12 кубиты Изготовленные из ионов, контролируемых лазерами, которые были построены квантовой компанией Quantinuum, чтобы провести эксперимент с корнями в математике сложности связи. Цель состоит в том, чтобы найти наиболее эффективные способы для двух гипотетических экспериментаторов, называемых Алисой и Бобом, чтобы завершить вычисление, обменяя друг друга.

Одна часть квантового компьютера, действующая в качестве Алисы, готовит конкретное квантовое состояние и отправляет его в другую часть машины, Боба, которая затем должна решить, как измерить состояние Алисы, чтобы изучить свои свойства и произвести результат. Повторяя этот процесс, пара может создать способ предсказать, каким будет результат Боба, прежде чем Алиса раскрывает свое состояние.

Исследователи повторили процедуру 10 000 раз и оптимизировали то, как Алиса и Боб выполнили свои части процесса. Их анализ всех этих испытаний, в сочетании с тщательным математическим исследованием самого протокола, показал, что ни один классический алгоритм с менее чем 62 битами не может соответствовать производительности квантового компьютера 12 кубит для этой задачи. Наименьший случай, когда они могли бы доказать, что классический алгоритм может достичь такой же производительности, что требуется 330 бит-почти в 30 раз в необходимой вычислительной мощности.

«Это замечательный научный результат, который показывает, что ландшафт« квантовых преимуществ »шире, чем могут подумать некоторые», – говорит Эшли Монтанаро в университете Бристоля в Великобритании. «В отличие от большинства квантовых преимуществ или демонстраций квантового превосходства, нет никакой надежды на то, что можно найти лучшего классического алгоритма – это невозможно».

Рональд де Вольф В Научно -исследовательском институте математики и информатики в Нидерландах говорит, что эксперимент эффективно использует недавние быстрые улучшения В существующих квантовых компьютерах и основаны на идеях из теории сложности коммуникации, которые были изучены в течение нескольких десятилетий.

«Было известно, что сложность коммуникации является источником разделения между квантовыми и классическими, которые являются как доказуемыми, так и реалистичными. Разница в том, что они на самом деле могут реализовать модель сейчас в первый раз, благодаря прогрессу в оборудовании», – говорит он. «И они придумали новую проблему сложности связи с большим разрывом между классическим и квантовым, и, следовательно, разрыв уже проявляется, даже если вы просто используете 12 кубитов».

Хотя новый результат выделяется среди многих прошлых демонстраций квантового превосходства, он имеет с собой одну важную черту: не ясно, что это может быть немедленно полезноПолем Примеры квантового преимущества, которые могут иметь большие реальные последствиянравиться Алгоритм Шора Это может радикально изменить криптографию, по -прежнему не хватает подтверждения с точки зрения обеспечения.

В дальнейшем команда может укрепить свой результат, например, сделать Алису и Боб двум отдельным компьютерам, что предотвратит возможность бесконечного взаимодействия между двумя, влияющими на результат квантового компьютера, но полезность квантового превосходства является более важным вопросом, говорит де Вольф.

“Вне [quantum] превосходство должно быть шагом к полезному [quantum] превосходство и квантовый компьютер делают что -то гораздо лучше, чем классическое для проблемы, которая на самом деле представляет интерес, например, некоторая химическая расчет или некоторая логистическая оптимизация », – говорит он.