Badacze z University of Texas w Austin przedstawili coś, co trudno zakwestionować. Opublikowane przez nich studium przypadku po raz pierwszy w historii dostarcza matematycznego dowodu na niepodważalną przewagę komputerów kwantowych. To nie są już spekulacje – mamy do czynienia z twardymi danymi, które zmieniają reguły gry.
Czytaj też: Nielokalność kwantowa bez splątania? Fizycy nie rozumieją, jak to możliwe
Zespół z UT Austin opracował specjalne zadanie obliczeniowe, które dla komputerów klasycznych wymaga wykorzystania od 62 do 382 bitów pamięci. Tę samą operację ich komputer kwantowy rozwiązał przy użyciu zaledwie 12 kubitów – podstawowych jednostek informacji w świecie kwantowym, zdolnych do znajdowania się w superpozycji stanów.
Kluczowa różnica w porównaniu z wcześniejszymi eksperymentami tkwi w matematycznym dowodzie. Tak zwana supremacja informacyjna kwantowa nie opiera się na niepewnych założeniach czy niezweryfikowanych teoriach złożoności obliczeniowej.
Autorzy badania z UT Austin mówią:
W przeciwieństwie do wcześniejszych demonstracji przewagi kwantowej, które opierały się na nieudowodnionych założeniach złożoności, nasz wynik jest udowodnialny i trwały: żaden przyszły rozwój algorytmów klasycznych nie jest w stanie zniwelować tej luki.
Supremacja kwantowa nie taka łatwa do osiągnięcia
Doniesienia Google z 2019 roku o osiągnięciu supremacji kwantowej okazały się mocno przedwczesne. Komputer Sycamore miał podobno wykonać w niecałe 3,5 minuty obliczenia, które tradycyjnemu superkomputerowi zajęłyby rzekomo 10 tysięcy lat.
Czytaj też: Naukowcy testują granice między fizyką klasyczną a kwantową. Posłużyły do tego dwie kulki
Rzeczywistość szybko zweryfikowała te optymistyczne prognozy. W 2024 r. chińskie Laboratorium Sztucznej Inteligencji w Szanghaju poradziło sobie z tym samym zadaniem w zaledwie 14 sekund, wykorzystując do tego klasyczny superkomputer. Co więcej, ich maszyna zużywała przy tym mniej energii niż system Sycamore.
Problem zawsze tkwił w definicji samej supremacji kwantowej. Prawdziwa przewaga musi spełniać dwa kluczowe warunki: być praktyczna do przetestowania na rzeczywistym sprzęcie oraz matematycznie udowodnialna. Wszystkie algorytmiczne sztuczki klasycznych komputerów muszą być rygorystycznie wykluczone, co do tej pory nie zawsze się udawało.
Równolegle do teksańskich osiągnięć, naukowcy z Harvardu dokonali znaczącego postępu technologicznego. Ich system wykorzystujący 3000 kubitów utrzymał stabilność pracy przez ponad dwie godziny, co stanowi absolutny rekord w dziedzinie obliczeń kwantowych.
Architektura oparta na neutralnych atomach osiągnęła naprawdę imponujące parametry techniczne. System charakteryzuje się szybkością przeładowywania na poziomie 300 000 atomów na sekundę, pozwala na tworzenie ponad 30 000 zainicjalizowanych kubitów w ciągu każdej sekundy oraz utrzymuje stabilność przez ponad 120 minut ciągłej pracy. Technologia wykorzystuje pęsety optyczne do precyzyjnej manipulacji pojedynczymi atomami, zachowując przy tym ich stan kwantowy podczas nieprzerwanej pracy. To istotny krok w kierunku praktycznego wykorzystania technologii kwantowej w codziennych zastosowaniach.
Osiągnięcie bezwarunkowej supremacji kwantowej kończy okres czysto teoretycznych rozważań na temat możliwości tej technologii. Komputery kwantowe oficjalnie potrafią wykonywać zadania niemożliwe do realizacji przez maszyny klasyczne – i co najważniejsze, można to udowodnić matematycznie.
Najbliższe lata upłyną pod znakiem walki o skalowanie technologii. Konstrukcja systemów odpornych na błędy, zdolnych pomieścić tysiące kubitów, pozostaje głównym wyzwaniem inżynieryjnym. Niemniej jednak fundamenty pod przyszły rozwój zostały solidnie położone – era praktycznych obliczeń kwantowych wydaje się nieunikniona, choć wciąż odległa.