Квантовый компьютер впервые неоспоримо превзошёл классический

Китайский квантовый компьютер решил задачу, которая заняла бы у обычного компьютера миллиарды лет вычислений. По мнению разработчиков, это первый случай, когда квантовый компьютер продемонстрировал неоспоримое преимущество над классическими ЭВМ.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Science.

Ускользающее превосходство

Вести.Ru подробно рассказывали о том, что такое квантовые компьютеры. Напомним, что место обычных битов в них занимают квантовые биты (кубиты). Кубит может хранить намного больше информации, чем классический бит. Поэтому потенциально квантовые компьютеры несравненно мощнее обычных. Это называется квантовым преимуществом (этим термином заменили более ранний термин "квантовое превосходство", в котором некоторые критики узрели неполиткорректность).

Однако классические машины пока выигрывают у квантовых компьютеров за счёт количества битов. Даже у смартфонов сейчас несколько гигабайтов (то есть десятки миллиардов битов) оперативной памяти. В то же время самые мощные квантовые компьютеры современности могут похвастаться лишь десятками кубитов. Дело в том, что учёные пока не научились управлять работой большого количества кубитов.

Однако, если очень постараться, можно найти задачу, которую даже современные квантовые компьютеры при их скромном числе кубитов могут решить быстрее классического суперкомпьютера. Таким путём квантовое преимущество можно продемонстрировать уже сейчас, правда, в очень узких областях.

Первой о подобном достижении заявила компания Google. В 2019 году их компьютер Sycamore примерно за три минуты решил одну специфическую задачу. По мнению экспертов компании, мощнейшему современному суперкомпьютеру Summit потребовалось бы на это десять тысячелетий.

Однако скептики подвергли этот тезис сомнению. По их расчётам, с помощью усовершенствованного алгоритма Summit справился бы с этой задачей за считанные дни. Не исключено, что алгоритм для суперкомпьютера можно ещё улучшить, сведя превосходство Sycamore на нет.

Свет и математика

Теперь же учёные из четырёх научных центров Китая продемонстрировали квантовое преимущество более надёжным способом. Они работали с задачей о так называемом сэмплировании бозонов (Boson sampling). Не погружаясь в дебри физики, скажем, что речь идёт о расчёте прохождения фотонов через некоторый оптический прибор.

Эта задача не просто очень трудна. Учёные, сформулировавшие её несколько лет назад, доказали, что никакой классический компьютер не сможет решить её быстро. Нужный алгоритм математически невозможен (а не просто ещё не придуман).

Китайские учёные создали квантовый компьютер, приспособленный специально для сэмплирования бозонов. В задании речь идёт о фотонах, и роль кубитов в новом компьютере тоже играют фотоны. За счёт этого задача невероятно упрощается на уровне "железа".

У нового квантового компьютера на её решение ушло двести секунд. В то же время, по оценкам авторов, суперкомпьютеру TaihuLight потребовалось бы на это 2,5 миллиарда лет (больше половины возраста Земли).

Впрочем, скептикам и здесь найдётся что возразить. Дело в том, что новый агрегат лишь с натяжкой можно назвать компьютером. В нём действительно используются кубиты и квантовые вычисления, но он не поддаётся программированию. Другими словами, перед ним невозможно поставить никакую задачу кроме той, для решения которой он был создан.

Однако специалисты не исключают, что на тех же принципах можно построить и программируемую систему. Такое устройство могло бы помочь в практически важных расчётах, например, биохимических.

К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о библиотеке для квантового искусственного интеллекта. Писали мы и о крупнейшем химическом исследовании, проведённом на квантовом компьютере.