Квантовым превосходством называют способность квантовых компьютеров быстро выполнять вычисления, на которые у классических устройств уйдут дни, годы или даже десятки лет. Хотя за последние несколько лет несколько подходов показали преимущество квантовых компьютеров над классическими для некоторых задач, не было понятно, оптимальны ли предложенные алгоритмы. Однако авторы новых исследований заявляют, что им удалось достигнуть несомненного квантового превосходства, то есть решить задачу, которая практически невыполнима на классических компьютерах.

Обе команды работали под руководством академика наук, «отца кванта» Цзянь-Вэй Паня (Jian-Wei Pan) в Хэфэйской национальной лаборатории физических наук при Научно-техническом университете Китая. Квантовым компьютерам, созданным обеими группами, предстояло предсказать распределение вероятностей для различных значений на выходе квантовой схемы. Решить эту задачу для небольшой системы может и классический компьютер, но с увеличением числа элементов в системе это становится невозможным.

Одна из групп использовала фотонное устройство Juizhang 2.0 — обновленную версию квантового компьютера, который в 2020 году уже достиг квантового превосходства. Ему предстояло оценить выходные вероятности для задачи бозонного сэмплинга — процесса, при котором фотоны проходят по сложным оптическим путям, генерируя распределение вероятностей. На классическом компьютере их очень сложно получить.

В Juizhang 2.0 использовался 114-модовый интерферометр с числом возможных исходов около 1043. Исследователи показали, что их квантовый компьютер справился с бозонным сэмплингом в 1024 раз быстрее, чем суперкомпьютер, использующий метод полного перебора для подобной задачи.

Тем временем вторая группа создала сверхпроводниковый квантовый процессор Zuchongzhi, имевший 66 кубитов в своем составе и использующий 56 из них для вычислений. Этого хватило, чтобы производить вычисления в тысячу раз быстрее, чем лучшие суперкомпьютеры, что также демонстрирует квантовое превосходство.

Обе статьи с результатами исследований опубликованы в одном номере журнала Physical Review Letters.