Calculatoarele cuantice promit un progres în rezolvarea sarcinilor complexe, dar dezvoltarea lor este încă într-un stadiu incipient. Recent, s-a vorbit despre supremația cuantică ca pe o piatră de hotar pe care Google ar fi trecut-o recent. Dar ce înseamnă asta?

supremația

Experimentele de dominare cuantică încearcă să răspundă riguros la întrebare: computerele cuantice sunt într-adevăr mai puternice decât computerele clasice? Modul natural ar fi să arătăm că un computer cuantic poate descompune un număr mare în factori (factorizare, de exemplu: 15 = 5 × 3, doar cu numere mai mari). Informaticienii cred că această sarcină este dificilă pentru computerele tradiționale și o mare parte din criptarea actuală se bazează pe această complexitate. Cu toate acestea, factorizarea este „ușoară” pentru computerele cuantice și poate fi rezolvată folosind algoritmul lui Shor. Conform ultimelor estimări, un astfel de experiment necesită aproximativ 20 de milioane de qubiți (biți cuantici) și operații foarte precise [1].

Din păcate (sau din fericire), calculatoarele cuantice sunt departe de un astfel de calcul. Prin urmare, de câțiva ani încoace, oamenii de știință caută calcule care ar fi foarte dificile pentru computerele clasice, dar care ar putea fi rezolvate cu câteva zeci de qubiți și un număr relativ mic de operații pe un computer cuantic. Există mai multe astfel de probleme, dar cele mai promițătoare sunt așa-numitele circuite cuantice aleatorii [2-5].

Problema este următoarea: Mai întâi, selectăm aleatoriu un program cuantic (circuit) cu un număr dat de qubits și operații elementare și îi dăm zero de intrare. Sarcina noastră este de a genera eșantioane din aceeași distribuție care apare după măsurarea unui astfel de circuit cuantic. Circuitele aleatorii cuantice sunt o sarcină relativ simplă pentru computerele cuantice, deoarece un astfel de program poate rula cu ușurință pe ele. Se poate demonstra riguros că, cu presupuneri rezonabile, această problemă va fi dificilă pentru computerele clasice [2-5]. În plus, se poate demonstra că circuitele aleatorii sunt încă dificile pentru computerele clasice, chiar dacă considerăm că circuitul cuantic conține mici erori.

Vestea bună este că supercomputerele clasice sunt pe punctul de a simula circuitele cuantice existente. Vestea cea mai proastă este că o astfel de problemă nu are altă aplicație practică decât să demonstreze puterea computerelor cuantice. În acest sens, termenul de dominație este un pic înșelător - computerele cuantice vor învinge computerele clasice în rolul circuitelor aleatorii la aproximativ cincizeci de qubiți, dar computerele clasice vor domina în continuare în rezolvarea marii majorități a problemelor practice.

Mulți oameni de știință văd demonstrația potențială a dominației cuantice ca o demonstrație a progresului tehnologic. Un astfel de experiment necesită producerea a mai mult de cincizeci de qubiți pe un cip mic, care va fi suficient de izolat de împrejurimi, astfel încât qubiții să fie suficient de stabili, dar în același timp trebuie să-i controlăm individual și precis. Aceste cerințe disting computerul cuantic digital de simulatoarele cuantice existente și, în același timp, deschid spațiu pentru experimentele ulterioare.