Нашли колебания, которые упустил крупнейший суперкомпьютер. Коротко о прорыве IBM, Qedma и Algorithmiq
Квантовые компьютеры научились решать задачи, которые уже не под силу обычным машинам, но вместе с преимуществом возникла новая проблема: как проверить ответ, если классический компьютер не способен повторить расчёт. Три группы специалистов при участии IBM показали разные способы подтвердить надёжность квантовых вычислений даже за пределами возможностей классических методов.
Работы подготовили специалисты Чикагского университета, компаний Qedma и Algorithmiq совместно с IBM и другими партнёрами. Раньше квантовые вычисления обычно проверяли на упрощённых вариантах задачи, которые ещё можно было воспроизвести на классическом компьютере. Затем результаты переносили на более сложные расчёты. Такой подход давал лишь косвенную оценку, поскольку шум и ошибки могли вести себя иначе при росте числа кубитов и глубины вычислений.
Команда IBM и Чикагского университета предложила встроить проверку прямо в квантовый расчёт. Специалисты использовали схему на 70 логических кубитах и добавили контрольные кубиты, которые отслеживали ошибки не только между отдельными элементами системы, но и на разных этапах выполнения программы. После отбора вычислений, прошедших проверки согласованности, эффективная частота ошибок квантовых операций снизилась примерно в 10 раз.
В основу эксперимента легли клиффордовы схемы, которые классический компьютер ещё может эффективно моделировать. Затем специалисты добавили в них квантовые операции типа T, резко усложнив задачу для обычных вычислительных систем, но сохранив встроенные механизмы контроля. Такой подход позволил определить нижнюю границу точности результата и подтвердить качество вычисления без полного классического воспроизведения.
Специалисты Qedma, японского института RIKEN и компании BlueQubit исследовали, как ведёт себя квантовая система после повторяющихся энергетических импульсов. В схемах размером до 74 кубитах квантовый компьютер обнаружил устойчивые колебания намагниченности, которые пропустили два передовых классических метода, работавших на одном из крупнейших суперкомпьютеров мира. В наиболее сложных режимах классические расчёты также начали противоречить друг другу.
Чтобы проверить результат, команда применила несколько независимых способов подавления ошибок на квантовых системах IBM. Часть эксперимента повторили на оборудовании Quantinuum и получили схожие данные. Совпадение результатов на разных устройствах и при разных методах обработки ошибок повысило уверенность в том, что квантовый компьютер зафиксировал реальное физическое явление, а не случайный сбой.
Третья команда из Algorithmiq разработала алгоритм, чтобы оценить, как информация распространяется внутри неоднородных квантовых систем. Эксперименты на 56 кубитах достигли сложности, при которой три ведущие группы классического моделирования получили несовместимые прогнозы. Квантовые результаты также отличались от классических, поэтому специалисты сосредоточились не на том, чтобы повторить ответ, а на том, чтобы проверить сам процесс вычисления.
Один и тот же способ подавления ошибок применили на пяти конфигурациях квантовых компьютеров с разным уровнем шума. Все системы дали согласованные результаты. Дополнительный строгий метод позволил получить оценки без систематического смещения, указать величину возможной погрешности и построить статистически обоснованные интервалы уверенности.
Авторы не считают новые эксперименты окончательным доказательством безусловного превосходства квантовых компьютеров. Результаты добавили в Quantum Advantage Tracker, где специалисты сравнивают наиболее перспективные квантовые расчёты с новыми классическими алгоритмами. Главным достижением трёх работ стало то, что вычисления перешли от простого превосходства в скорости или сложности к способности подтверждать собственную надёжность даже без доступного классического эталона.