Квантовый компьютер IBM решил классически неразрешимую задачу за 15 минут

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 новой статье «Выборка сложных схем с проверяемой высокой точностью» исследователи 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, тест того, что квантовая машина действительно выдала правильный итог, также становится всё более сложной. Команда IBM и Чикагского университета подошла к решению этой проблемы проверки, разработав более структурированную альтернативу RCS.

Исследователи продемонстрировали, что их способ 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 даёт возможность обнаруживать ошибки в ходе квантовых вычислений.

Исследователи работали с 70 логическими кубитами. В отличие от отдельных физических кубитов, логические кубиты кодируются итак, что это помогает защитить квантовую информацию от ошибок и шума. Используя эти логические кубиты, команда выполнила 2 415 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 10 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 приблизительно за 15 минут.

Исследователям также необходимы способы подавления ошибок и обеспечения уверенности в том, что квантовая платформа выдала достоверный итог. 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.