Квантовые компьютеры способны за считанные часы выполнять такие задачи, на которые у классических вычислительных машин ушли бы миллионы лет. В основе работы этих компьютеров будущего лежат кванты — мельчайшие частицы, способные находиться в нескольких состояниях одновременно, что позволяет проводить вычисления в многомерных структурах вероятностей.
Но как отличить настоящий квантовый результат от сбоя, если «проверяющий» компьютер попросту не успеет высчитать ответ традиционным способом? Команда специалистов Центра квантовой науки и технологий Университета Суинберна под руководством Александра Деллиоса, предложила практическое решение этой проблемы.
Ученые разработали методы, которые позволяют проверить точность работы устройства под названием Gaussian Boson Sampler — квантового аппарата, использующего фотоны (частицы света) для выполнения крайне сложных вероятностных расчетов. Чтобы выполнить те же операции, обычному суперкомпьютеру понадобились бы тысячи лет, однако новая методика позволяет провести проверку всего за несколько минут на обычном ноутбуке.
При помощи этих инструментов физики проанализировали один из недавних экспериментов с таким устройством, результаты которого, по подсчетам, повторить классическим способом можно было бы только через девять тысяч лет. Проверка показала, что расчеты не полностью совпадают с теоретической моделью — в системе присутствовали шумы и ошибки, о которых ранее не сообщалось.
Теперь команде предстоит определить, является ли воспроизведение этого неожиданного распределения само по себе вычислительно сложной задачей, или же обнаруженные ошибки привели к потере устройством своего квантового эффекта.
Подобные методы, считают авторы, — необходимый шаг на пути к созданию эффективных квантовых компьютеров. Ведь чтобы использовать их в медицине, криптографии или для нужд искусственного интеллекта, нужно быть уверенными, что каждое вычисление отражает реальное квантовое состояние, а не сбой в приборе.
Как подчеркнул Деллиос, «разработка масштабируемых способов проверки квантовых вычислений — не менее важная задача, чем сами квантовые алгоритмы». И если человечество справится с этими вызовами, квантовая эра действительно сможет полностью изменить всю современную науку.
Ранее суперкомпьютер смоделировал квантовый чип с беспрецедентной детализацией.
