Badanie przeprowadzili naukowcy z Zhejiang University oraz Tsinghua University w Chinach. Wykorzystali nadprzewodzący procesor kwantowy wyposażony w 121 kubitów. Maszynę zaprogramowali tak, aby wykonywać kolejne kroki rozumowania prowadzącego do matematycznego dowodu. To właśnie ten aspekt eksperymentu okazał się najważniejszy.
Czytaj też: Człowiek ustanowił rekord, a komputer przebił go w kilka dni. Tak matematyka weszła w nową erę
Nie chodzi bowiem o to, że komputer kwantowy był szybszy od klasycznego komputera. Wręcz przeciwnie: problemy wykorzystane w eksperymencie można stosunkowo łatwo rozwiązać za pomocą tradycyjnych metod obliczeniowych. Naukowcy chcieli sprawdzić coś innego: czy układ kwantowy jest w stanie wykonywać uporządkowane, logiczne rozumowanie matematyczne.
Pierwszym zadaniem było udowodnienie, że przekątne kwadratu przecinają się pod kątem prostym. Do tego celu badacze wykorzystali hybrydową wersję metody Wu, stosowanej w automatycznym dowodzeniu twierdzeń geometrycznych. Drugim, bardziej wymagającym testem okazało się zadanie geometryczne z Międzynarodowej Olimpiady Matematycznej z 1978 roku. Problem dotyczył między innymi przecinających się trójkątów i okręgów. W tym przypadku naukowcy zastosowali wyszukiwanie dowodu symbolicznego. Układ kwantowy pomagał proponować, wykonywać oraz oceniać kolejne kroki prowadzące do rozwiązania.
Takie podejście jest istotne z jeszcze jednego powodu. Dotychczas automatyczne dowodzenie twierdzeń było domeną przede wszystkim klasycznych systemów obliczeniowych. Eksperyment pokazuje natomiast, że podobny proces można zaimplementować bezpośrednio na programowalnym procesorze kwantowym.
Naukowcy musieli przy tym zmierzyć się z jednym z największych problemów współczesnych komputerów kwantowych: podatnością kubitów na błędy i zakłócenia. Mimo tych ograniczeń udało się przeprowadzić eksperyment, w którym logiczne kroki dowodu odbywały się na sprzęcie kwantowym. W przypadku drugiego twierdzenia członkowie zespołu badawczego postawili również na techniki uczenia maszynowego, które pomagały wzmacniać poprawne kroki rozumowania.
Czytaj też: Fizyk sprawdził Manewr Picarda ze Star Treka. Okazała się jeszcze lepsza niż w serialu
Nie oznacza to jednak, iż komputery kwantowe właśnie zaczęły samodzielnie rozwiązywać skomplikowane problemy matematyczne. Eksperyment był demonstracją możliwości technologii, a badane zadania były stosunkowo proste i wymagały znacznego przygotowania ze strony naukowców. Co więcej, obecny sprzęt ogranicza rozmiar problemów, które można w ten sposób analizować.
Istotniejsze jest pokazanie nowego kierunku rozwoju. W przyszłości połączenie komputerów kwantowych, automatycznego dowodzenia twierdzeń i sztucznej inteligencji mogłoby pozwolić na badanie problemów, dla których klasyczne metody obliczeniowe są niewystarczające. Na razie jest to jednak perspektywa, a nie rezultat zaprezentowany w tym badaniu. Autorzy dodają natomiast, że obecne ograniczenia wynikają przede wszystkim z możliwości dostępnego sprzętu. Potrzebne będą bardziej zaawansowane procesory kwantowe, zdolne do obsługi większych i bardziej złożonych struktur matematycznych.
Źródło: arXiv
