Группа ученых из Университета Южной Калифорнии (USC) и Университета Джонса Хопкинса совершила прорыв в области квантовых вычислений, продемонстрировав безусловное экспоненциальное ускорение при решении классической задачи на угадывание закономерности. Это доказательство, сделанное без каких-либо предположений, окончательно подтверждает способность квантовых машин превосходить по производительности самые мощные классические компьютеры.
Исследователи смогли добиться максимальной производительности от аппаратного обеспечения за счет оптимизации коротких схем, транспиляции, динамического подавления и уменьшения ошибок. Таким образом, команда преодолела ключевой рубеж, который долгое время считался «святым Граалем» квантовых вычислений. До этого момента шум – накопление мельчайших ошибок во время квантовых вычислений – значительно снижал эффективность этих футуристических машин, делая их менее эффективными, чем современные классические компьютеры.
Прорыв был достигнут под руководством Дэниела Лидара, профессора инженерии из USC и эксперта по квантовой коррекции ошибок. Его команда продемонстрировала мощное экспоненциальное ускорение, используя два 127-кубитных квантовых процессора IBM Eagle, управляемых удаленно через облако. Результаты их работы опубликованы в престижном журнале Physical Review X. Лидар отметил, что ранее были продемонстрированы лишь более скромные типы ускорений, например, полиномиальные, но экспоненциальное ускорение является наиболее значимым.
Под «безусловным» экспоненциальным преимуществом понимается то, что производительность квантового компьютера растет с увеличением размера задачи, опережая классические системы. В отличие от предыдущих демонстраций, где предполагалось отсутствие лучшего классического алгоритма, данное исследование не опирается на подобные допущения. Команда использовала модифицированный алгоритм для решения вариации «проблемы Саймона», которая является предшественником алгоритма Шора для факторизации и позволяет в теории решать задачи экспоненциально быстрее, чем любой классический аналог.
Хотя текущий результат не имеет прямого практического применения за пределами «игр в угадайку», он подтверждает долгожданное обещание квантовых компьютеров об экспоненциальном ускорении. Для перехода к решению реальных проблем потребуется дальнейшее сокращение шума и декогеренции в более крупных квантовых компьютерах, а также разработка методов, не зависящих от заранее известных ответов. Тем не менее, данное исследование является значительным шагом на пути к созданию полноценных и практически применимых квантовых компьютеров.
