Quantinuum demonstrerer eksponentielt kvantesprang i ny test

Et forskerteam ledet av Quantinuum ↗ 25.99% har demonstrert at en kvantedatamaskin kan utkonkurrere enhver klassisk strategi eksponentielt i en nylig utviklet test, der gapet mellom de to øker etter hvert som problemene skaleres opp. Resultatene, publisert tirsdag i Nature Communications, tilbyr det forskerne beskriver som et "ubetinget og eksponentielt stort brudd med klassisk fysikk" – et funn som ikke baserer seg på ubekreftede matematiske antakelser.nature+1

Eksperimentet sentrerer seg rundt et "komplementært samplingsspill", der en dommer i hemmelighet deler alle mulige svar på et problem inn i to like grupper. En datamaskin mottar ett svar fra den første gruppen og må produsere et svar fra den andre. En klassisk datamaskin har nesten ingen nyttig informasjon å jobbe med, og suksessraten synker eksponentielt etter hvert som problemet vokser. En kvantedatamaskin kan derimot holde et helt sett med muligheter i superposisjon og transformere det til sitt komplement før et svar måles.thequantuminsider

Økende gap på ekte maskinvare

Ved å kjøre spillet på Quantinuums H2-prosessorer med fanget ion-teknologi, testet teamet tusenvis av distinkte kretser ved bruk av opptil 55 fysiske kvantebiter og bitstrenger på opptil 37 bits lengde. På tvers av alle testede størrelser scoret kvantesystemet over det matematisk beviste taket for klassiske strategier. For det største 37-bits problemet oversteg det teoretiske gapet mellom kvante og klassisk 137 milliarder til én. Observerte resultater fulgte tett mønsteret forutsagt av den optimale kvantestrategien, selv om støy forårsaket noe avvik ved de største kretsstørrelsene.phys+1

Hva skiller denne testen fra andre

Tidligere demonstrasjoner av kvantefordeler, som tilfeldig kretssampling, har typisk vært avhengige av antakelser om beregningsmessig vanskelighetsgrad som forblir ubekreftede. Verifisering av slike resultater kan også kreve uoverkommelig dyre klassiske simuleringer. Det komplementære samplingsspillet omgår begge problemene: det klassiske ytelsestaket er utledet fra et matematisk bevis, og resultatene kan sjekkes effektivt av en klassisk datamaskin.newsminimalist+2

Forskerne advarte om at eksperimentet ikke etablerer en generell kvantefordel eller demonstrerer en umiddelbar kommersiell anvendelse. Hoveddemonstrasjonen antok også at dommerens prosess for tilstandsforberedelse kunne stoles på, og å plassere dommeren og spilleren på samme prosessor åpner for fremtidige, mer strenge tester mellom fysisk separate kvantedatamaskiner koblet sammen via en kvantekommunikasjonskanal.thequantuminsider

Veien videre

Skalering av spillet til større problemstørrelser vil sannsynligvis kreve feiltolerante kvantedatamaskiner som er i stand til å korrigere feil midt i beregningen, ifølge studien. Teamet, som inkluderer Marcello Benedetti, Gabriel Marin-Sanchez, Jordi Weggemans, Matthias Rosenkranz og Harry Buhrman, lot det stå åpent om et lignende spill kan produsere et enda større, supereksponentielt skille mellom kvante- og klassiske strategier.thequantuminsider