IBM и исследователи из Чикагского университета продемонстрировали квантовые вычисления, которые соответствуют фундаментальным критериям квантового превосходства

В своей новой статье «Выборка сложных схем с достоверно высокой точностью» исследователи показали, что этих двух целей можно достичь одновременно с помощью новой конструкции закодированных квантовых схем, что позволило провести одну из крупнейших на сегодняшний день демонстраций логических квантовых вычислений. Эти схемы и их результаты теперь также находятся в открытом доступе на платформе Quantum Advantage Tracker.

В течение многих лет исследователи использовали бенчмарк, известный как выборка из случайных схем (random circuit sampling, RCS), чтобы проверить, смогут ли квантовые компьютеры превзойти классические системы. Если говорить простыми словами, RCS предлагает квантовому компьютеру генерировать настолько сложные паттерны, что классический компьютер не сможет эффективно их воспроизвести. Сложность заключалась в верификации: по мере усложнения задачи становится все труднее, а затем и вовсе невозможно доказать правильность ответа квантового компьютера, не делая серьезных предположений о его внутренней работе.

В своем эксперименте исследователи из IBM и Чикагского университета устранили это препятствие с помощью структурированной альтернативы RCS. Команда смогла доказать, что эта альтернатива сохраняет те же критерии сложности, что и RCS, но, что особенно важно, новая структура может использоваться для обнаружения ошибок в ходе вычислений.

В одной из крупнейших в мире известных демонстраций исправления ошибок команда выполнила 70 логических кубитов, защитив их от ошибок, для выполнения 2415 логических двухкубитных операций и 468 логических «Т-элементов” — показателей, количественно оценивающих сложность квантовой схемы. Благодаря кодированию схемы логические вычисления позволили добиться эффективной частоты логических ошибок, которая была в 10 раз ниже частоты физических ошибок, что обеспечило удивительно высокую точность схемы даже при большом количестве логических элементов.

Исследователи  продемонстрировали, что многие ведущие классические подходы к моделированию требуют слишком много времени для выполнения задачи, в то время как квантовому компьютеру IBM потребовалось около 15 минут.

Исправление ошибок и доверие к результатам вычислений — важнейшие этапы на пути к масштабированию квантовых вычислений, и эта работа знаменует собой значительный шаг вперед.