Исследователи из Google Quantum AI представили квантовый алгоритм, который, по их мнению, открывает реальный путь к демонстрации квантового преимущества перед классическими компьютерами в практически полезной задаче.
Алгоритм использует процедуру обращения времени, которая при запуске на недавно разработанном квантовом чипе Willow от Google может вычислить важную, но трудноуловимую физическую величину, описывающую распространение квантовой информации в системе многих частиц [1].
По оценкам исследователей, выполнение тех же вычислений с использованием современных классических методов на суперкомпьютерах последнего поколения заняло бы в 13 000 раз больше времени.
Протокол верификации результатов
В отличие от предыдущих экспериментов, утверждавших о квантовом преимуществе, исследовательская группа говорит, что их протокол позволяет верифицировать результаты либо путём запуска того же алгоритма на другом квантовом оборудовании, либо путём прямых измерений системы многих частиц, которая моделируется.
Повышение производительности было продемонстрировано и для вычислительной задачи, которая может иметь практическое применение для прогнозирования молекулярных структур, а не просто служить теоретическим эталоном. Однако небольшой масштаб «игрушечной» задачи, решённой в этом исследовании, означает, что квантовое преимущество ещё не было показано для действительно полезного приложения.
Рекорд в безопасной квантовой коммуникации
Как мы можем защитить передачу конфиденциальной информации, когда сталкиваемся с противниками, оснащёнными мощными квантовыми компьютерами? Одна из перспективных стратегий известна как квантовое распределение ключей, при котором данные защищаются с помощью законов квантовой физики.
Для того чтобы этот подход был практичным и доступным в больших масштабах, его необходимо реализовать в существующих оптоволоконных сетях, которые уже несут классическую информацию. Однако пагубное взаимодействие между квантово-защищёнными данными и классическими данными ограничивало совместную передачу расстоянием в несколько десятков километров.
Теперь исследователи из Дании и Чехии установили рекорд в 120 км, используя так называемое непрерывное квантовое распределение ключей (CVQKD) [1].
В CVQKD отправитель кодирует случайные числа в амплитуде и фазе световых волн, которые передаются получателю. Получатель измеряет волны и использует результаты для создания секретного ключа, который обе стороны используют для безопасного шифрования и дешифрования своей информации.
Исследователи увеличили дальность совместной передачи таких квантово-защищённых данных и классических данных, подавив взаимодействие между двумя типами данных. В отличие от предыдущих экспериментов, для этого подавления не потребовались дополнительные оптические фильтры или другие изменения существующей оптоволоконной сети.
Команда продемонстрировала CVQKD на расстоянии 120 км по оптоволоконной сети, даже когда оптоволоконная сеть была полностью загружена классическим информационным трафиком.