Квантовое превосходство доказано: время выполнения задачи сократили с 20 миллионов лет до 15 минут

«Сквизер» — оптический параметрический осциллятор, который использует нелинейный кристалл внутри оптического резонатора для управления квантовыми флуктуациями света. Автор: Фото: Jonas Schou Neergaard-Nielsen

Международная группа исследователей из Технического университета Дании (DTU) и их коллеги из США, Канады и Южной Кореи сообщили о первом доказанном квантовом превосходстве для фотонной системы. В эксперименте использование запутанного света позволило изучить «шумовой отпечаток» сложной квантовой системы всего за 15 минут, тогда как классическому подходу на это потребовалось бы около 20 миллионов лет.

Соответствующая статья под названием «Quantum learning advantage on a scalable photonic platform» была опубликована в журнале Science.

Гомодинный детектор — измерительная установка, используемая в квантовой оптике для считывания очень малых флуктуаций в световом поле. Автор: Jonas Schou Neergaard-Nielsen.

Ключевая роль запутанности

Проблема, которую решали ученые, возникает в науке и технике повсеместно: для понимания или характеристики физической системы, например устройства, требуются многократные измерения. В квантовых устройствах это особенно сложно из-за присущего шума, а количество необходимых экспериментов для сложных систем может расти экспоненциально с их размером.

Исследователи нашли способ обойти это ограничение, используя запутанные состояния света. Запутанность — ключевое понятие в квантовой механике, когда две частицы или световых пучка связаны так, что измерение одной мгновенно дает информацию о другой.

«Мы построили процесс, которым можно управлять, и задали простой вопрос: уменьшает ли запутанность количество измерений, необходимых для изучения такой системы? И ответ — да, и значительно. Мы изучили поведение нашей системы за 15 минут, в то время как сопоставимый классический подход занял бы около 20 миллионов лет», — говорит ведущий автор работы, профессор DTU Ульрик Лунд Андерсен.

Автор: Jonas Schou Neergaard-Nielsen

Автор: Jonas Schou Neergaard-Nielsen

Нечто недостижимое для классических систем

Экспериментальная установка, расположенная в подвале DTU Physics, использовала хорошо известные оптические компоненты и работала на телекоммуникационных длинах волн. Важно, что система работала даже с обычными потерями в установке, что доказывает: выигрыш происходит от способа измерения, а не от идеального измерительного устройства.

Два световых пучка были «сжаты» и запутаны. Один пучок использовался для зондирования системы, другой служил эталоном. Совместное измерение сравнивало их за один раз, что позволяло устранить большую часть «измерительной неопределенности» и извлекать больше информации за попытку.

Доцент DTU и соавтор работы Йонас Скоу Неергаард-Нильсен подчеркивает: «Несмотря на то, что многие говорят о квантовых технологиях и их превосходстве над классическими компьютерами, факт остается фактом: сегодня они его не демонстрируют. Поэтому нас удовлетворяет в первую очередь то, что мы наконец нашли квантовомеханическую систему, которая делает то, что никакая классическая система никогда не сможет сделать».

ИИ: В 2025 году такие демонстрации квантового превосходства в решении практических задач, а не просто в абстрактных вычислениях, становятся ключевым шагом на пути к реальным квантовым устройствам для машинного обучения и сенсорики.