Доведено на практиці: квантові комп'ютери нарешті перевершили класичні ПК

Скоро квантові компʼютери будуть використовуватися все частіше, особливо під час вирішення складних завдань. Але квантові компʼютери не зможуть перевершити класичні аналоги тільки тому, що їхня базова архітектура відрізняється. Тому вчені, які працюють в компанії IBM вирішили показати в чому цінність кубітів і наскільки біти поступаються їм під час обчислювальних процесів.

Свій експеримент вони описали в статті, розміщеній на сайті компанії.

У класичній версії біти являють собою перемикачі, які можуть займати тільки одне з двох положень — "ввімкнено" або "вимкнено", одиниця і нуль. Однак квантові біти (кубіти) можуть приймати комбінацію двох положень "ввімкнено" або "вимкнено", а також займати проміжне положення.

У своїй роботі вчені досліджували так звані "обчислення в обмеженому просторі", які дозволяють встановити справедливе порівняння потужності класичного та квантового обчислювального простору і, зокрема, продемонструвати фундаментальну перевагу обчислень з кубітами над класичними бітами. Дослідники математично довели, що існують завдання, які класичний компʼютер не може обчислити, так обмежений лише одиницею і нулем, але квантовий компʼютер може з ними впоратися.

Однак вони не зупинилися лише на теоретичних доказах, а провели експеримент, використовуючи реальний (хоч і шумний) квантовий компʼютер класичного компʼютера. Для розвʼязування завдання була створена класична електронна схема з одним логічним елементом із двома входами й одним регістром (бітом) для зберігання проміжних результатів. Аналогічна квантова схема будувалася на чотирьох кубітах, три з яких кодували вхідний сигнал, а четвертий кубіт зберігав проміжний результат.

Кожна із систем отримувала дані обробляла та видавала результат. Звичайний ПК отримував нулі й одиниці, якщо нулів було більше, ніж одиниць, то він повинен був видати відповідь "0", Якщо одиниць було більше, то правильною була відповідь "1". Класичний дав правильний результат у 87,5% випадків, тоді як квантовий аналог досяг успіху в 93% випадків.

Результат має важливе значення — він показує, що квантові компʼютери, навіть гучні, є потужними обчислювальними інструментами. Раніше вважалося, що один кубіт може зберігати один біт інформації, але експеримент демонструє, що він може зберігати набагато більше, ніж один біт як проміжний результат розрахунку.

"Можна вважати, що тест показав: квантові системи здатні робити те, що класична фізика не може пояснити. Фізик Джон Стюарт Белл писав, що класичні правила фізики не можуть пояснити поведінку корельованих частинок, що підкоряються правилам квантової механіки, навіть якщо частинки знаходяться занадто далеко, щоб взаємодіяти одна з одною", — діляться дослідники.

Раніше ми повідомляли про те, що вчені вивели квантову електроніку на новий рівень. Дослідники з Массачусетського технологічного інституту перетворили "чарівний" матеріал, що складається з атомарно тонких шарів вуглецю, на три корисні електронні пристрої.