Пока что работа над созданием первой действительно пригодной для использования квантовой вычислительной машины еще не завершена. По оценкам ученых, для того чтобы полномасштабный квантовый компьютер мог заняться решением практических задач, будь то молекулярное моделирование или решение криптографических проблем, нужны миллионы контролируемых кубитов. У современных квантовых процессоров их менее 100. Иными словами, пока квантовые компьютеры отстают от своих классических собратьев на десятилетия.

Поэтому пока у исследователей более досягаемая, промежуточная цель - достижение так называемого вычислительного преимущества. Иными словами, исследовательские группы раз за разом добавляют больше мощности к устройствам, над которыми они работают, а затем подвергают их разным испытаниям. Такие тесты предназначены для того, чтобы показать, что устройство способно решить задачу, выполнение которой обычным компьютерам потребовало бы так много времени, что это было бы нецелесообразно.

В своей новой работе исследователи взялись за выборку бозонов, используя фотонную машину, которая использует фотоны для представления кубитов. Технически этот тест называется "задачей выборки гауссовых бозонов", она включает в себя подготовку состояний света и направление их через сеть светоделителей, а затем подсчет количества фотонов, достигающих детектора. 

Квантовое превосходство

Лучшие современные компьютеры быстро сталкиваются с трудностями, когда пытаются решить эту задачу, потому что сложность вычислений резко возрастает по мере увеличения числа фотонов. В то же время теория предполагает, что при прохождении этого теста квантовый компьютер должен показать себя с лучше стороны. Предыдущие попытки справиться с этим вызовом включали использование от 76 до 113 фотонов. Машина, созданная командой в этот раз, смогла получить доступ к 219 фотонам, со средним показателем в 125 — то есть был сделан значительный скачок вперед.

При выполнении задачи команда обнаружила, что Borealis может справиться с ней всего за 36 микросекунд при том, что лучшему существующему суперкомпьютеру для этого потребовалось бы около 9000 лет. Эта разница, как утверждают исследователи, показывает наличие вычислительного преимущества. 

Группа исследователей в своей работе сделала еще один дополнительный шаг, проверив вывод, предоставленный Borealis. Их подсчеты показали, что результаты вычисленийквантового компьютера нельзя подделать, что свидетельствует о том, что ответы, которые он дал, были правильными.

Доступный процессор

Отдельно стоит отметить, что Borealis не просто более мощная машина, чем, например китайский квантовый компьютер Jiuzhang. В дополнение к этому, Borealis имеет упрощенную архитектуру, что делает управление компьютером намного более доступным. Это в свою очередь делает возможным его удаленное перепрограммирование и запуск со своими собственными настройками. 

Исследователи, создавшие машину, подключили ее к интернету, что позволило другим людям  программировать для собственного удовольствия — впервые такой мощный квантовый компьютер стал доступен для общественности. На данном этапе люди, вероятно, начнут свои испытания с тестирования бозонов, но позже можно будет применить возможности Borealis и к решению других задач. 

Сейчас Джонатан Лавуа из Xanadu и его коллеги работают над тем, чтобы спроектировать масштабируемый и надежный фотонный процессор, построенный на интегрированном чипе, который еще больше улучшит возможности квантовой машины.