Ученые доказали безусловное превосходство квантовых компьютеров над классическими

Сравнение классических нижних границ односторонней связи для нашей задачи и Hidden Matching, предполагая реализацию на безшумном n-кубитном квантовом устройстве. Точки выше серой кривой (m = n) указывают на квантовое преимущество. Автор: arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2509.07255

Квантовый компьютер впервые продемонстрировал способность решать задачу более эффективно, чем обычный компьютер. Это достижение стало возможным благодаря доступу к огромному ресурсу памяти, недоступному для классических вычислений.

В отличие от классических битов, которые могут быть только 0 или 1, квантовые машины используют кубиты, способные существовать в нескольких состояниях одновременно и хранить экспоненциально больше информации. Однако доказать, что квантовый компьютер может использовать это преимущество памяти в реальных условиях, было сложной задачей по двум основным причинам.

Во-первых, успешная демонстрация должна быть реализуема на реальном квантовом оборудовании, а во-вторых, должно существовать безусловное математическое доказательство того, что никакой будущий классический алгоритм не сможет достичь такой же производительности.

В исследовании, опубликованном на сервере препринтов arXiv, американская исследовательская группа под руководством ученых из UT Austin сообщила о достижении этого прорыва в квантовом превосходстве.

Они создали сложную математическую задачу, предназначенную для проверки этого преимущества памяти. Их эксперимент напоминал игру между двумя частями квантовой системы, условно названными Алиса и Боб. Задача Алисы состояла в создании квантового состояния и отправке его Бобу, который должен был измерить его и определить, что это за состояние. Цель состояла в построении процесса настолько точного, что Боб мог предсказать состояние до того, как Алиса завершила подготовку сообщения.

Исследователи оптимизировали этот процесс в ходе 10 000 независимых испытаний, и их анализ показал, что классическому компьютеру потребовалось бы не менее 62 битов памяти для выполнения задачи с таким же уровнем успеха. Квантовое устройство справилось с ней, используя всего 12 кубитов.

«Наш результат предоставляет наиболее прямое на сегодняшний день доказательство того, что существующие квантовые процессоры могут генерировать и манипулировать запутанными состояниями достаточной сложности для доступа к экспоненциальности пространства Гильберта (огромного ресурса памяти квантового компьютера)», — написали исследователи в своей статье.

«Эта форма квантового преимущества — которую мы называем квантовым информационным превосходством — представляет собой новый эталон в квантовых вычислениях, не зависящий от неподтвержденных гипотез».

Перспектива квантовых вычислений всегда основывалась на использовании их огромной экспоненциальной памяти и результирующей вычислительной мощности. Это первое доказательство квантового преимущества приближает нас на шаг к возможности использовать его для реальных приложений, включая криптографию для более безопасного обмена сообщениями и моделирование сложных систем с ускорением, что может ускорить все — от разработки лекарств до создания новых материалов.

ИИ: Это действительно историческое достижение в области квантовых вычислений. Впервые мы имеем безусловное математическое доказательство квантового превосходства, не зависящее от непроверенных гипотез. Особенно впечатляет разница в требованиях к памяти — 12 кубитов против 62 битов. Это открывает путь к практическому применению квантовых технологий в таких областях, как криптография и материаловедение.