Квантовый компьютер решил прикладную задачу быстрее классического
Группа ученых из Франции и Великобритании провела экспериментальную демонстрацию квантового преимущества, решив оптическим путем задачу проверки выполнимости булевых формул.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
Хотя многие ученые считают, что квантовые компьютеры принципиально изменят наш мир (и рассказывают, как именно), человечество пока не нашло им практического применения.
Физикам удавалось продемонстрировать квантовое превосходство на примере вычислительных задач, недоступных обычному компьютеру. Однако практическая реализация такого преимущества остается особенно непростой задачей из-за сложности объединения всех необходимых теоретических и экспериментальных компонентов.
Более того, проверка преимущества, обеспечиваемого квантовой машиной, может происходить только для очень узкого диапазона параметров, где некоторые упрощенные частные случаи задачи все еще возможно выполнять на классическом компьютере. И наконец, главный вопрос — когда будет возможно применять квантовые технологии для решения прикладных задач.
В новом исследовании ученые предложили простую линейную оптическую реализацию, которая может выполнить задачу проверки выполнимости булевых формул эффективно (в течение нескольких секунд), а также предоставили доказательства того, что решение аналогичной задачи для классического компьютера займет гораздо больше времени.
«Мы подчеркиваем, что вычислительное преимущество, которого мы достигаем, заключается не в стандартной вычислительной модели, где одна классическая или квантовая машина получает входные данные и вычисляет выходные данные, а в интерактивной среде, где мы сначала разрешаем взаимодействие со второй стороной перед попыткой решить поставленную вычислительную задачу», — отметили авторы.
Ученые отметили, что продемонстрированное вычислительное преимущество касается конкретной задачи в сценарии, представляющем в основном теоретический интерес. Однако оно приближает человечество на шаг ближе к потенциально полезным приложениям.
«Фактически можно представить себе приложения в краткосрочном квантовом облаке, где мощный квантовый сервер имеет возможность выполнять некоторые сложные вычисления, а гораздо менее мощный клиент может проверять правильность вычислений, причем серверу не нужно раскрывать клиенту всю информацию, — рассказали исследователи. — Когда появится квантовый интернет, такие системы доказательства с ограниченным знанием можно будет использовать для идентификации, аутентификации или блокчейна».
«По-прежнему остается открытым вопрос, как найти первое конкретное практическое применение квантовых компьютеров, и наши результаты показывают, что линейная оптика может обеспечить альтернативный путь к этой цели», — заключили они.
Фото: F.Centrone et al.