Прорыв года: квантовый компьютер сделал то, что не может сделать ни один суперкомпьютер

Достижение подробно описано в статье, опубликованной в научном журнале Nature.

Исследователи из JPMorganChase, Quantinuum, Аргоннской национальной лаборатории, Окриджской национальной лаборатории и Техасского университета в Остине с помощью 56-кубитного квантового компьютера впервые успешно продемонстрировала сертифицированную случайность — это процесс, когда квантовый компьютер генерирует действительно случайные числа, подлинная случайность которых затем подтверждается классическими суперкомпьютерами. Таким образом человечество сделало конкретный шаг к использованию квантовых компьютеров для практических задач, которые в настоящее время невозможны с классическими вычислительными системами.

Кстати, недавно сообщали, что компьютер Advantage2 впервые в истории достиг "квантового превосходства". Компания D-Wave заявила о быстром решении сверхсложной задачи, на которое электронному компьютеру понадобилось бы миллионы лет.

Получив удаленный доступ через Интернет к 56-кубитному квантовому компьютеру Quantinuum System Model H2 с захваченными ионами, команда сгенерировала сертифицировано случайные биты. В частности, они выполнили протокол сертифицированного расширения случайности на основе RCS, который выводит больше случайности, чем принимает на входе.

Протокол состоит из двух этапов. Сначала команда многократно загружала квантовый компьютер задачами, невыполнимых для обычного, которые ему нужно было быстро решить. Сделать это было возможно, только выбрав одно из множества возможных решений случайным образом.

На втором этапе случайность была математически сертифицирована как подлинная с использованием классических суперкомпьютеров. Фактически, команда показала, что случайность не может быть имитирована классическими методами. Используя классическую сертификацию на нескольких суперкомпьютерах лидерского масштаба с совокупной устойчивой производительностью 1,1 x 10 18 операций с плавающей точкой в ​​секунду (1,1 ExaFLOPS), команда сертифицировала 71 313 бит энтропии.

Квантовые компьютеры продемонстрировали вычислительную мощность, намного превосходящую возможности даже самых мощных классических суперкомпьютеров. В прошлом году команда из Quantinuum и JPMorganChase, а также еще одна из Google объявили, что выполнили на своих квантовых компьютерах задачи, которые были бы невозможны с существующими суперкомпьютерами — достижение, известное как "квантовое превосходство". Однако оставался вопрос: как применить эти вычисления на практике.

Эта проблема теперь решается путем использования случайной выборки цепи (RCS) для генерации сертифицированной случайности. Классические компьютеры сами по себе не могут генерировать действительно случайные числа, поэтому их обычно объединяют с аппаратным генератором случайных чисел.

Существует риск, что злоумышленник захватит генератор, с его помощи взломает криптографические коды и получит доступ к зашифрованной информации. Благодаря новому методу, даже если квантовый компьютер захватят, его теоретически нельзя использовать, чтобы манипулировать даннымы — подстроенные числа просто не признают случайными.