Quantinuum visar exponentiellt kvantsprång i ny test

Ett forskarteam lett av Quantinuum ↗ 25.99% har demonstrerat att en kvantdator kan överträffa varje klassisk strategi exponentiellt i ett nyutvecklat test, där klyftan mellan de två växer i takt med att problemen skalas upp. Resultaten, som publicerades i tisdags i Nature Communications, erbjuder vad forskarna beskriver som ett "ovillkorligt och exponentiellt stort brott mot klassisk fysik" – ett resultat som inte förlitar sig på obevisade matematiska antaganden.nature+1

Experimentet kretsar kring ett "komplementärt samplingsspel", där en domare i hemlighet delar upp alla möjliga svar på ett problem i två lika stora grupper. En dator tar emot ett svar från den första gruppen och måste producera ett svar från den andra. En klassisk dator har nästan ingen användbar information att arbeta med, och dess chanser att lyckas minskar exponentiellt när problemet växer. En kvantdator kan däremot hålla en hel uppsättning möjligheter i superposition och transformera den till sitt komplement innan ett svar mäts.thequantuminsider

Ökande klyfta på verklig hårdvara

Genom att köra spelet på Quantinuums H2-processorer med fångade joner testade teamet tusentals distinkta kretsar med upp till 55 fysiska kvantbitar och bitsträngar på upp till 37 bitar. Över alla testade storlekar presterade kvantsystemet över det matematiskt bevisade taket för klassiska strategier. För det största 37-bitarsproblemet översteg den teoretiska klyftan mellan kvant och klassisk 137 miljarder till ett. Observerade resultat följde noga mönstret som förutspåddes av den optimala kvantstrategin, även om brus orsakade vissa avvikelser vid de största kretsstorlekarna.phys+1

Vad som gör detta test unikt

Tidigare demonstrationer av kvantövertag, såsom slumpmässig kretssampling, har vanligtvis varit beroende av antaganden om beräkningsmässig svårighetsgrad som förblir obevisade. Att verifiera sådana resultat kan också kräva oöverkomligt dyra klassiska simuleringar. Det komplementära samplingsspelet kringgår båda problemen: det klassiska prestandataket härleds från ett matematiskt bevis, och resultaten kan kontrolleras effektivt av en klassisk dator.newsminimalist+2

Forskarna varnade för att experimentet inte etablerar ett generellt kvantövertag eller demonstrerar en omedelbar kommersiell tillämpning. Huvuddemonstrationen antog också att domarens process för tillståndsförberedelse var tillförlitlig, och att placera domaren och spelaren på samma processor lämnar utrymme för framtida, mer rigorösa tester mellan fysiskt separata kvantdatorer kopplade via en kvantkommunikationskanal.thequantuminsider

Framåtblickande

Att skala upp spelet till större problemstorlekar kommer sannolikt att kräva feltoleranta kvantdatorer som kan korrigera fel mitt under beräkningen, enligt studien. Teamet, som inkluderar Marcello Benedetti, Gabriel Marin-Sanchez, Jordi Weggemans, Matthias Rosenkranz och Harry Buhrman, lämnade öppet om ett liknande spel skulle kunna producera en ännu större, superexponentiell separation mellan kvant- och klassiska strategier.thequantuminsider