Matematyczna teoria staje się rzeczywistością
W 2018 roku matematycy udowodnili teoretycznie, iż kontekstowość kwantowa może być wykorzystana do rozwiązywania pewnych problemów w stałej liczbie kroków, niezależnie od rozmiaru danych wejściowych. To jak znalezienie igły w stogu siana, gdzie wielkość stogu nie ma znaczenia dla liczby prób. Brzmiało to jak science fiction, ale badania opisane w nowym artykule pokazują, że teoria przechodzi w praktykę. Badacze przeprowadzili serię eksperymentów na nadprzewodzącym procesorze kwantowym, które potwierdziły przewagę wynikającą z kontekstowości.
Wykorzystali między innymi grę magicznego kwadratu – klasyczny przykład z teorii kwantowej – oraz naruszenie nierówności Kochena-Speckera-Bella. W każdym przypadku procesor kwantowy osiągał prawdopodobieństwo sukcesu przekraczające klasyczne limity teoretyczne. Najbardziej imponującym testem było rozwiązanie problemu ukrytej funkcji liniowej 2D. To zadanie, które w klasycznym świecie wymaga sprawdzenia wielu możliwości, komputer kwantowy rozwiązał z wykorzystaniem kontekstowości w znacznie mniejszej liczbie kroków. Implementacja na 105 kubitach działała mimo obecności szumu, czyli nieuniknionego wroga wszystkich układów kwantowych.
Jeszcze nie prawdziwa przewaga, ale przełom jest blisko
Pomimo obiecujących wyników, naukowcy zachowują ostrożność w ogłaszaniu pełnej przewagi kwantowej. Algorytm z 2018 roku zakładał większą liczbę kubitów i mniejszą podatność na błędy dla rygorystycznego matematycznego dowodu. Obecna demonstracja na Willow pokazuje drogę, choć nie jest jeszcze końcem podróży. Kolejnym krokiem będzie połączenie algorytmów opartych na kontekstowości z technikami korekcji błędów kwantowych. To właśnie błędy – wynikające z delikatnej natury stanów kwantowych – pozostają największą przeszkodą w budowie praktycznych komputerów kwantowych. Google i inne zespoły badawcze intensywnie pracują nad metodami, które pozwolą utrzymać kubity w stabilnym stanie przez dłuższy czas.
Czytaj też: Cząsteczka kobaltu jako kubit kwantowy. Komputery kwantowe coraz bliżej
Co ciekawe, badania proponują nowe metody benchmarkingu procesorów kwantowych wykorzystujące właśnie algorytmy oparte na kontekstowości. To może zmienić sposób, w jaki oceniamy postępy w dziedzinie obliczeń kwantowych. Zamiast skupiać się wyłącznie na liczbie kubitów czy czasie koherencji, możemy mierzyć zdolność systemów do wykorzystania fundamentalnych właściwości mechaniki kwantowej. Co najważniejsze, komputery kwantowe osiągnęły punkt, w którym przestają być wyłącznie teoretycznym konstruktem. Są już na tyle zaawansowane, że zmuszają badaczy do poważnego potraktowania aspektów fizyki kwantowej, które wcześniej pozostawały w sferze abstrakcyjnych rozważań.