Компания IBM и исследователи из Чикагского университета объявили о проведении демонстрации квантовых вычислений, которая соответствует ключевым критериям квантового преимущества.
В ходе эксперимента был выполнен расчёт, выходящий за пределы практических возможностей ведущих методов классического моделирования, при этом было доказано, что квантовый компьютер дал достоверный результат. В статье «Выборка сложных схем с проверяемой высокой точностью» учёные описывают, как им удалось достичь обеих целей с помощью недавно разработанной формы кодированной квантовой схемы.
Исследователи уже давно используют тест под названием «выборка случайных схем» (RCS) для изучения того, могут ли квантовые компьютеры превосходить по производительности традиционные машины. Проще говоря, RCS ставит перед квантовым компьютером задачу сгенерировать паттерны, которые становятся настолько сложными, что классический компьютер не может их эффективно воспроизвести.
Как только квантовые вычисления становятся слишком сложными для воспроизведения классическим компьютером, проверка того, что квантовая машина действительно выдала правильный результат, также становится всё более сложной. Команда IBM и Чикагского университета подошла к решению этой проблемы проверки, разработав более структурированную альтернативу RCS.
Так, было установлено: новый метод сохраняет те же критерии вычислительной сложности, что и RCS. А это означает, что задача по‑прежнему остаётся чрезвычайно сложной для классических компьютеров. В то же время добавленная структура позволяет обнаруживать ошибки в ходе квантовых вычислений.
Учёные работали с 70 логическими кубитами. В отличие от отдельных физических кубитов, логические кодируются таким образом, что это помогает защитить квантовую информацию от ошибок и шума. Используя это, команда выполнила 2415 логических двухкубитных операций и 468 логических «T‑врат» — два показателя, отражающих сложность квантовой схемы.
Кодированная конструкция значительно повысила надёжность. Эффективные показатели логических ошибок оказались в десять раз ниже, чем базовые показатели физических ошибок, что позволило схеме сохранять необычайно высокую точность даже при выполнении большого количества квантовых операций. Исследователи обнаружили, что многие ведущие методы классического моделирования столкнулись бы с недопустимо длительным временем выполнения при попытке решения той же задачи. Квантовый компьютер IBM, для сравнения, завершил вычисления примерно за 15 минут.
Также выявилась необходимость способов подавления ошибок и обеспечения уверенности в том, что квантовая система выдала достоверный результат. Данный эксперимент способствует достижению обеих целей одновременно, сочетая крупномасштабные логические квантовые вычисления с методом оценки надёжности вычислений, который уже выходит за рамки практического классического моделирования.