Доказано на практике: квантовые компьютеры наконец превзошли классические ПК

В IBM провели исследование, в ходе которого классический компьютер не справился с простой задачей ввиду своей ограниченности, в отличие от квантового аналога.

Скоро квантовые компьютеры будут использоваться все чаще, особенно при решении сложных задач. Но квантовые компьютеры не смогут превзойти классические аналоги только потому, что их базовая архитектура отличается. Поэтому ученые, работающие в компании IBM решили показать в чем ценность кубитов и насколько биты уступают им в ходе вычислительных процессов.

Свой эксперимент они описали в статье, размещенной на сайте компании.

В классической версии биты представляют собой переключатели, которые могут принимать только одно из двух положений — "включено" или "выключено", единица и ноль. Однако квантовые биты (кубиты) могут принимать комбинацию двух положений "включено" или "выключено", а также занимать промежуточное положение.

В своей работе ученые исследовали так называемые "вычисления в ограниченном пространстве", которые позволяют установить справедливое сравнение мощности классического и квантового вычислительного пространства и, в частности, продемонстрировать фундаментальное преимущество вычислений с кубитами над классическими битами. Исследователи математически доказали, что существуют задачи, которые классический компьютер не может вычислить, так ограничен лишь единицей и нолем, но квантовый компьютер может с ними справиться.

Однако они не остановились лишь на теоретических доказательствах, а провели эксперимент, используя реальный (хоть и шумный) квантовый компьютер классическому компьютеру. Для решения задачи была создана классическая электронная схема с одним логическим элементом с двумя входами и одним регистром (битом) для хранения промежуточных результатов. Аналогичная квантовая схема строилась на четырех кубитах, три из которых кодировали входящий сигнал, а четвертый кубит хранил промежуточный результат.

Каждая из систем получала данные обрабатывала и выдавала результат. Обычный ПК получал ноли и единицы, если нолей было больше, чем единиц, то он должен был выдать ответ "0", Если единиц было больше, то правильным был ответ "1". Классический дал правильный результат в 87,5% случаев, тогда как квантовый аналог преуспел в 93% случаев.

Результат имеет важное значение — он показывает, что квантовые компьютеры, даже шумные, являются мощными вычислительными инструментами. Ранее считалось, что один кубит может хранить один бит информации, но эксперимент демонстрирует, что он может хранить гораздо больше, чем один бит в качестве промежуточного результаты расчета.

"Можно полагать, что тест показал: квантовые системы способны делать то, что классическая физика не может объяснить. Физик Джон Стюарт Белл писал, что классические правила физики не могут объяснить поведение коррелированных частиц, подчиняющихся правилам квантовой механики, даже если частицы находятся слишком далеко, чтобы взаимодействовать друг с другом", — делятся исследователи.

Ранее мы сообщали о том, что ученые вывели квантовую электронику на новый уровень. Исследователи из Массачусетского технологического института превратили "волшебный" материал, состоящий из атомарно тонких слоев углерода, в три полезных электронных устройства.