Исследовательская группа IBM совместно с учеными из Чикагского университета сообщила о достижении значимого результата в области квантовых вычислений. Специалистам удалось выполнить сложную вычислительную задачу, с которой не способны справиться классические компьютеры, при этом обеспечив механизм верификации правильности полученных данных. Данная разработка устраняет серьезный барьер, который долгое время сдерживал прогресс в индустрии.
Проблема верификации квантовых вычислений
Ранее для демонстрации квантового превосходства часто применялся метод случайной выборки схем (random circuit sampling). Он позволял генерировать массивы данных, которые классическим вычислительным машинам воспроизвести крайне сложно. Однако по мере роста сложности таких схем возникала проблема: проверить точность вычислений становилось практически невозможно без использования допущений, опирающихся на работу самой квантовой системы.
Коллектив из IBM и UChicago предложил альтернативный путь, применив более структурированный тип квантовых цепей. Новый метод сохраняет вычислительную сложность, сопоставимую со случайными схемами, но добавляет возможность отслеживания ошибок в процессе расчетов и оценки достоверности итогового результата.
Масштаб эксперимента и методы защиты
В ходе эксперимента была задействована масштабная квантовая установка, состоящая из 70 логических кубитов с интегрированной защитой от ошибок, что является гораздо более надежным подходом, чем использование «сырых» физических элементов. В процессе тестирования система выполнила 2415 логических двукубитных операций и 468 логических T-вентилей — показателей, являющихся отраслевыми стандартами сложности для защищенных квантовых систем.
Ключевой особенностью стало отношение к шуму: вместо борьбы с ним как с помехой, его интегрировали непосредственно в архитектуру системы. Это позволило контролировать отклонения вычислений от заданного алгоритма. Билл Фефферман, доцент компьютерных наук Чикагского университета и соавтор исследования, отметил, что разработанные методы позволяют точно охарактеризовать состояние системы в условиях шума и значительно повышают уверенность в корректности решения сверхсложных задач.
Практическое применение и значимость прорыва
Для выполнения поставленной задачи квантовой системе потребовалось около 15 минут. Согласно расчетам специалистов, моделирование аналогичного процесса на классических суперкомпьютерах заняло бы катастрофически много времени. Джей Гамбетта, директор IBM Research, назвал этот успех поворотным моментом, свидетельствующим о начале эры реального квантового превосходства.
Текущий прорыв смещает фокус внимания с простого «превосходства» квантовых машин над обычными на способность независимо проверять и подтверждать полученные результаты. Этот переход считается фундаментальным требованием для вывода квантовых вычислений из стен лабораторий в сферу их полноценного практического применения.
