Прорив року: квантовий комп'ютер зробив те, що не може зробити жоден суперкомп'ютер

Досягнення докладно описано в статті, опублікованій у науковому журналі Nature.

Дослідники з JPMorganChase, Quantinuum, Аргоннської національної лабораторії, Окріджської національної лабораторії та Техаського університету в Остіні за допомогою 56-кубітного квантового комп'ютера вперше успішно продемонстрували сертифіковану випадковість — це процес, коли квантовий комп'ютер генерує справді випадкові числа, справжня випадковість яких потім підтверджується класичними суперкомп'ютерами. Таким чином людство зробило конкретний крок до використання квантових комп'ютерів для практичних завдань, які в даний час неможливі з класичними обчислювальними системами.

До речі, нещодавно повідомляли, що комп'ютер Advantage2 вперше в історії досяг "квантової переваги". Компанія D-Wave заявила про швидке вирішення надскладного завдання, на яке електронному комп'ютеру знадобилося б мільйони років.

Отримавши віддалений доступ через Інтернет до 56-кубітного квантового комп'ютера Quantin System Model H2 із захопленими іонами, команда згенерувала сертифіковано випадкові біти. Зокрема, вони виконали протокол сертифікованого розширення випадковості на основі RCS, який виводить більше випадковості, ніж приймає на вході.

Протокол складається з двох етапів. Спочатку команда багаторазово завантажувала квантовий комп'ютер задачами, нездійсненними для звичайного, які йому потрібно було швидко розв'язати. Зробити це було можливо, тільки вибравши одне з безлічі можливих рішень випадковим чином.

На другому етапі випадковість була математично сертифікована як справжня з використанням класичних суперкомп'ютерів. Фактично, команда показала, що випадковість не може бути імітована класичними методами. Використовуючи класичну сертифікацію на кількох суперкомп'ютерах лідерського масштабу із сукупною стійкою продуктивністю 1,1 x 10 18 операцій з плаваючою крапкою на секунду (1,1 ExaFLOPS), команда сертифікувала 71 313 біт ентропії.

Квантові комп'ютери продемонстрували обчислювальну потужність, що набагато перевершує можливості навіть найпотужніших класичних суперкомп'ютерів. Минулого року команда з Quantinuum і JPMorganChase, а також ще одна з Google оголосили, що виконали на своїх квантових комп'ютерах завдання, які були б неможливі з наявними суперкомп'ютерами — досягнення, відоме як "квантова перевага". Однак залишалося питання: як застосувати ці обчислення на практиці.

Ця проблема тепер вирішується шляхом використання випадкової вибірки ланцюга (RCS) для генерації сертифікованої випадковості. Класичні комп'ютери самі по собі не можуть генерувати справді випадкові числа, тому їх зазвичай поєднують з апаратним генератором випадкових чисел.

Існує ризик, що зловмисник захопить генератор, з його допомогою зламає криптографічні коди і отримає доступ до зашифрованої інформації. Завдяки новому методу, навіть якщо квантовий комп'ютер захоплять, його теоретично не можна використовувати, щоб маніпулювати даними — підлаштовані числа просто не визнають випадковими.

Раніше стало відомо, що чіп від Amazon зробить квантові комп'ютери на 90% дешевшими. Як передбачається, компанія зможе зібрати перший практичний квантовий комп'ютер уже через 5 років.