Если квантовые компьютеры отвечают на непостижимые для нас вопросы, то как мы узнаем, что они правы? ( 1 фото )

Квантовые вычисления обещают решить, казалось бы, неразрешимые задачи в таких областях, как физика, медицина, криптография и многих других.

Но по мере того, как гонка по созданию первого крупномасштабного, безошибочного устройства набирает обороты, возникает вопрос: как мы можем проверить, верны ли эти «невозможные» решения?

Новое исследование Университета Суинберна (Австралия) занимается этой парадоксальной проблемой. Работа опубликована в журнале Quantum Science and Technology.

«Существует ряд задач, которые даже самый быстрый суперкомпьютер в мире не сможет решить, если не ждать ответа миллионы или даже миллиарды лет», — говорит ведущий автор, научный сотрудник Центра теории квантовой науки и технологий Суинберна, Александр Деллиос.

«Поэтому для проверки квантовых компьютеров необходимы методы, позволяющие сравнивать теорию и результат, не дожидаясь годами, пока суперкомпьютер выполнит ту же задачу».

Команда Суинберна разработала методы для проверки результатов работы конкретного типа квантового компьютера, называемого гауссовым бозонным сэмплером (Gaussian Boson Sampler, GBS). Этот квантовый компьютер использует фотоны, которые являются частицами света, для вычисления вероятностей, на расчет которых на самом быстром суперкомпьютере в мире потребовались бы тысячи лет.

«Всего за несколько минут на ноутбуке разработанные методы позволяют нам определить, выдает ли эксперимент GBS правильный ответ и какие ошибки, если таковые имеются, присутствуют».

Чтобы продемонстрировать эффективность метода, команда проверила недавний эксперимент GBS, воспроизведение которого с использованием существующих суперкомпьютеров заняло бы не менее 9000 лет. Они обнаружили, что распределение вероятностей GBS не соответствовало тому, что эксперимент пытался воспроизвести, при этом в эксперименте присутствовал дополнительный шум, который не был проанализирован.

Теперь им предстоит выяснить, является ли воспроизведение альтернативного распределения вычислительно сложной задачей или эти ошибки привели к тому, что квантовый компьютер утратил свою «квантовость».

Ответ на этот вопрос проложит путь к безошибочным квантовым компьютерам, доступным на коммерческом уровне, и Деллиос надеется быть в авангарде этого процесса.

«Разработка крупномасштабных, безошибочных квантовых компьютеров — это геркулесова задача, которая, если будет достигнута, революционизирует такие области, как разработка лекарств, ИИ, кибербезопасность, и позволит нам углубить наше понимание физической вселенной.

«Жизненно важным компонентом этой задачи являются масштабируемые методы проверки квантовых компьютеров, которые расширяют наше понимание того, какие ошибки влияют на эти системы и как их исправить, гарантируя, что они сохранят свою «квантовость»».