Quantinuum demuestra una ventaja cuántica exponencial en una nueva prueba

Un equipo de investigación liderado por Quantinuum ↘ 0.83% ha demostrado que una computadora cuántica puede superar exponencialmente a cualquier estrategia clásica en una prueba recientemente diseñada, donde la brecha entre ambas aumenta a medida que los problemas escalan. Los resultados, publicados el martes en Nature Communications, ofrecen lo que los investigadores describen como una "violación incondicional y exponencialmente grande de la clasicidad", un hallazgo que no depende de suposiciones matemáticas no probadas.nature+1

El experimento se centra en el "juego de muestreo complementario", en el que un árbitro divide secretamente todas las posibles respuestas a un problema en dos grupos iguales. Una computadora recibe una respuesta del primer grupo y debe producir una respuesta del segundo. Una computadora clásica casi no tiene información útil con la que trabajar, y sus probabilidades de éxito disminuyen exponencialmente a medida que el problema crece. Una computadora cuántica, por el contrario, puede mantener un conjunto completo de posibilidades en superposición y transformarlo en su complemento antes de medir una respuesta.thequantuminsider

Ampliando la brecha en hardware real

Al ejecutar el juego en los procesadores de iones atrapados H2 de Quantinuum, el equipo probó miles de circuitos distintos utilizando hasta 55 cúbits físicos y cadenas de bits de hasta 37 bits de longitud. En todos los tamaños probados, el sistema cuántico obtuvo una puntuación superior al límite matemáticamente probado para las estrategias clásicas. Para el problema más grande de 37 bits, la brecha teórica entre lo cuántico y lo clásico superó los 137 mil millones a uno. Las puntuaciones observadas siguieron de cerca el patrón predicho por la estrategia cuántica óptima, aunque el ruido causó cierta desviación en los tamaños de circuito más grandes.phys+1

Lo que distingue a esta prueba

Las demostraciones anteriores de ventaja cuántica, como el muestreo de circuitos aleatorios, generalmente han dependido de suposiciones sobre la dureza computacional que siguen sin probarse. Verificar tales resultados también puede requerir simulaciones clásicas prohibitivamente costosas. El juego de muestreo complementario evita ambos problemas: el límite de rendimiento clásico se deriva de una prueba matemática y los resultados pueden ser verificados eficientemente por una computadora clásica.newsminimalist+2

Los investigadores advirtieron que el experimento no establece una ventaja cuántica de propósito general ni demuestra una aplicación comercial inmediata. La demostración principal también asumió que el proceso de preparación del estado del árbitro podía ser confiable, y colocar al árbitro y al jugador en el mismo procesador dejó espacio para futuras pruebas más rigurosas entre computadoras cuánticas físicamente separadas y vinculadas por un canal de comunicación cuántica.thequantuminsider

Mirando hacia el futuro

Escalar el juego a tamaños de problema mayores probablemente requerirá computadoras cuánticas tolerantes a fallos capaces de corregir errores durante el cálculo, según el estudio. El equipo, que incluye a Marcello Benedetti, Gabriel Marin-Sanchez, Jordi Weggemans, Matthias Rosenkranz y Harry Buhrman, dejó abierta la posibilidad de si un juego relacionado podría producir una separación aún mayor, superexponencial, entre las estrategias cuánticas y clásicas.thequantuminsider