Ученые США разработали быстрый тест на «квантовое превосходство»

Ученые из Калифорнийского университета в Беркли (США) разработали сверхсложную задачу для квантового компьютера, корректность вычисления которой можно легко проверить при помощи обычного ПК. Ее можно использовать для объективной проверки заявлений о «квантовом превосходстве», пишут ученые в статье, опубликованной в журнале Nature Physics.

«Мы разработали интерактивный протокол, позволяющий продемонстрировать «квантовое превосходство» или же проверить это заявление без существенных трат ресурсов классических компьютеров. Наш подход основывается на использовании криптографических функций с трудно обнаруживаемыми зубцами в комбинации с квантовыми неравенствами Белла», – пояснили исследователи.

Осенью 2019 года группа ученых из лаборатории квантового искусственного интеллекта в Google объявила о достижении так называемого «квантового превосходства». Им удалось решить «нерешаемую» задачу по выработке случайных чисел при помощи созданного в Google компьютера Sycamore, который содержит в себе 53 сверхпроводниковых квантовых бита (кубита).

Впоследствии о достижении «квантового превосходства» заявили сразу две команды физиков из Китая, которым удалось решить сверхсложные математические задачи при помощи сверхпроводниковых и фотонных квантовых машин. Эти достижения вызвали споры о том, является ли решение подобных задач полноценным «квантовым превосходством», а также заставили ученых задуматься о том, как можно проверить корректность работы этих вычислительных машин.

Группа американских физиков под руководством Нормана Яо, доцента Калифорнийского университета в Беркли, разработала неортодоксальный подход, позволяющий объективно демонстрировать «квантовое превосходство» или же проверять подобные заявления с минимальными затратами усилий. Идея основывается на приложении квантовой физики к криптографическим алгоритмам.

Как объясняют физики, математики и разработчики криптографического оборудования и приложений часто используют для шифровки данных так называемые секретные функции с трудно обнаруживаемыми зубцами. Так ученые называют математические выражения, которые, предположительно, невозможно обратить и таким образом подобрать ключ к закодированной информации.

Яо и его коллеги обнаружили, что одну из самых сложных частей этих математических алгоритмов, обеспечивающих надежную защиту информации, можно заменить при помощи физических уравнений Белла, которые представляют собой фундаментальную основу квантовой механики. Это позволяет исполнять похожие расчеты на квантовом компьютере и использовать их для демонстрации «квантового превосходства».

Для этого ученые создали тестовую систему, которая отправляет на квантовый компьютер набор данных, которые тот использует для просчета криптографических функций. Результаты этих вычислений очень быстро проверяются при помощи обычного компьютера, успешное завершение чего одновременно подтверждает квантовую природу расчетов на изучаемой машине, а также служит объективным подтверждением «квантового превосходства», подытожили Яо и его коллеги.