Квантовые компьютеры: вера – хорошо, но доказательство – лучше

Квантовый компьютер может решать задачи, которые не под силу классическому компьютеру. Вопрос, как может классический компьютер, тем не менее, проверить надежность квантового компьютера, недавно получил ответ в эксперименте в Венском университете.

Освоение квантовых явлений, таких как суперпозиция и зацепление, открывает большие перспективы для построения будущих суперкомпьютеров на базе квантовых технологий. Одно огромное преимущество таких квантовых компьютеров заключается в том, что они способны выполнять самые разнообразные задачи гораздо быстрее, чем их традиционные собратья. Однако при использовании квантовых компьютеров для этих целей возникает серьезная проблема: как можно проверить получаемые результаты?

И только недавно теоретические разработки предоставили методы для проверки квантового компьютера без необходимости наличия дополнительного квантового компьютера под рукой. Международная научно-исследовательская команда, руководимая Филиппом Вальтером (Philip Walther) из Венского университета, продемонстрировала новый протокол, посредством которого результаты квантовых вычислений могут быть проверены без использования дополнительных ресурсов квантовых компьютеров.

Для того чтобы проверить квантовый компьютер, ученые вставили «ловушки» в задачи. Ловушки представляли короткие промежуточные вычисления, результаты которых пользователь знает заранее. В случае, если квантовый компьютер выполняет вычисления некорректно, ловушка дает результат, который отличается от ожидаемого. «Таким образом, пользователь может проверить, насколько надежен квантовый компьютер в действительности», - объяснили Элам Кашефи (Elham Kashefi) (Эдинбург) и Джозеф Фитцсимонс (Joseph Fitzsimons) (Сингапур), теоретики и соавторы статьи. Чем больше ловушек пользователь встроит в задачи, тем лучше он может оценить точность вычислений квантового компьютера.

«Мы разработали тест таким образом, что квантовый компьютер не может отличить ловушку от своих обычных задач», - говорит Стефани Барц (Stefanie Barz) (Вена), первый автор исследования. Это является важным требованием, чтобы гарантировать, что квантовый компьютер не в состоянии подстроить результат. Исследователи также протестировали, действительно ли квантовый компьютер обращается к квантовым ресурсам. Таким образом, они могут быть уверены, что даже злонамеренно построенный квантовый компьютер не может их обмануть и заставить принять неверные результаты.

Для этой первой демонстрации исследователи использовали оптический квантовый компьютер, где информацию несли одиночные фотоны. Продемонстрированный протокол является универсальным, но оптический квантовый компьютер, кажется, идеально подходит для этой задачи. Подвижность фотонов позволяет легко взаимодействовать с квантовым компьютером. Филипп Вальтер с оптимизмом смотрит на перспективы, открываемые этим экспериментом, который показывает многообещающие механизмы управления для будущих квантовых компьютеров. И, более того, это может привести к появлению новых инструментов для исследования даже более сложных квантовых ресурсов.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365