Quantinuum demonstriert exponentiellen Quantenvorteil in neuem Test

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Quantinuum ↗ 25.99% hat demonstriert, dass ein Quantencomputer in einem neu entwickelten Test jede klassische Strategie exponentiell übertreffen kann, wobei die Lücke zwischen beiden mit zunehmender Skalierung der Probleme wächst. Die Ergebnisse, die am Dienstag in Nature Communications veröffentlicht wurden, bieten das, was die Forscher als einen "bedingungslosen und exponentiell großen Bruch mit der Klassik" beschreiben – eine Erkenntnis, die nicht auf unbewiesenen mathematischen Annahmen beruht.nature+1

Das Experiment konzentriert sich auf das "Komplementär-Sampling-Spiel", bei dem ein Schiedsrichter heimlich alle möglichen Antworten auf ein Problem in zwei gleiche Gruppen unterteilt. Ein Computer erhält eine Antwort aus der ersten Gruppe und muss eine Antwort aus der zweiten produzieren. Ein klassischer Computer hat fast keine nützlichen Informationen, mit denen er arbeiten kann, und seine Erfolgschancen sinken exponentiell, je größer das Problem wird. Ein Quantencomputer hingegen kann eine ganze Menge von Möglichkeiten in Superposition halten und sie in ihr Komplement umwandeln, bevor er eine Antwort misst.thequantuminsider

Größerer Abstand auf echter Hardware

Bei der Durchführung des Spiels auf den H2-Prozessoren mit gefangenen Ionen von Quantinuum testete das Team Tausende verschiedener Schaltkreise mit bis zu 55 physischen Qubits und Bitfolgen von bis zu 37 Bit Länge. Über alle getesteten Größen hinweg erzielte das Quantensystem Ergebnisse, die über der mathematisch bewiesenen Obergrenze für klassische Strategien lagen. Beim größten 37-Bit-Problem überstieg die theoretische Lücke zwischen Quanten- und klassischer Leistung 137 Milliarden zu eins. Die beobachteten Werte entsprachen weitgehend dem Muster, das von der optimalen Quantenstrategie vorhergesagt wurde, obwohl Rauschen bei den größten Schaltkreisgrößen zu Abweichungen führte.phys+1

Was diesen Test besonders macht

Frühere Demonstrationen eines Quantenvorteils, wie etwa das Random Circuit Sampling, hingen typischerweise von Annahmen über die rechnerische Härte ab, die bisher unbewiesen sind. Die Überprüfung solcher Ergebnisse kann zudem prohibitiv teure klassische Simulationen erfordern. Das Komplementär-Sampling-Spiel umgeht beide Probleme: Die klassische Leistungsgrenze wird aus einem mathematischen Beweis abgeleitet, und die Ergebnisse können effizient von einem klassischen Computer überprüft werden.newsminimalist+2

Die Forscher warnten, dass das Experiment keinen universellen Quantenvorteil begründet oder eine unmittelbare kommerzielle Anwendung demonstriert. Die Hauptdemonstration setzte zudem voraus, dass dem Prozess der Zustandsvorbereitung durch den Schiedsrichter vertraut werden konnte. Die Platzierung von Schiedsrichter und Spieler auf demselben Prozessor lässt Raum für zukünftige, strengere Tests zwischen physisch getrennten Quantencomputern, die über einen Quantenkommunikationskanal verbunden sind.thequantuminsider

Ausblick

Die Skalierung des Spiels auf größere Problemgrößen wird laut der Studie wahrscheinlich fehlertolerante Quantencomputer erfordern, die in der Lage sind, Fehler während der Berechnung zu korrigieren. Das Team, zu dem Marcello Benedetti, Gabriel Marin-Sanchez, Jordi Weggemans, Matthias Rosenkranz und Harry Buhrman gehören, ließ offen, ob ein ähnliches Spiel eine noch größere, superexponentielle Trennung zwischen Quanten- und klassischen Strategien erzeugen könnte.thequantuminsider