Квантовый компьютер достиг важной вехи и стал полезным

Ученые и инженеры из Университета Санта-Барбары,  используя 53-кубитовый компьютер, смог решить задачу, которая считается нерешаемой. Квантовый компьютер решил задачу по моделированию состояний суперпозиции за 200 секунд, тогда как обычному компьютеру потребуется на это 10 тыс. лет. Таким образом, квантовый компьютер оказался в 1,5 трлн раз быстрее и при этом продемонстрировал возможность практического применения. 

Для исследований применялся квантовый компьютер Google Sycamore с 53 кубитами. Изображение: Google 

В ходе исследования проводились специфические расчеты, которые должны были оценить соответствие схемы квантовой цепи требуемому состоянию, для чего надо проводить оценку цепи миллион раз за 200 секунд — до того, как квантовая система потеряет управляемое состояние. На обычных компьютерах эта задача выполняется путем умножения матриц, что является очень ресурсоемким вычислительным процессом.

Для сравнения с традиционным компьютером, исследователи использовали новый метод, названный кросс-энтропийным бенчмаркингом. Он позволяет сравнить результаты квантовой схемы с соответствующей идеальной вероятной моделью вычислений на классическом компьютере.

Несмотря на то, что эксперимент был, в основном, посвящен демонстрации возможностей квантового компьютера в сравнении с обычным, исследование также произвело полезный практический результат. Команда исследователей создала сложную систему управления квантовым компьютером. Она обеспечивает подготовку состояния суперпозиции с помощью десятков лазерных импульсов, направляемых на каждый кубит в течение нескольких микросекунд. Система продемонстрировала способность надежно работать, создавая и многократно повторяя сложные квантовые состояния 53 кубитов.

Это позволяет создать квантовый генератор случайных чисел, который отличается высоким быстродействием. В отличие от обычных генераторов, квантовый производит строку случайных битов настолько быстро, что у пытающихся взломать систему просто не будет времени для анализа и взлома зашифрованного пароля. Подобное использование квантового компьютера может гарантировать практически абсолютную защиту зашифрованных данных от злоумышленников, не обладающих специальной техникой и физическим доступом к линиям связи.

Кроме того, квантовый компьютер, который в течение двух десятилетий разрабатывали в из Университете Санта-Барбары, в ближайшем будущем может применяться для решения сложных задач машинного обучения, моделировать разные явления квантовой механики, вести научный поиск для химии, материаловедения и т. д.