Квантов компютър реши задача, която мъчеше класическите в продължение на 100 години

Изследователи за първи път са приложили квантов алгоритъм за решаване на сложен математически проблем, който в продължение на повече от век се е смятал за невъзможен за разгадаване, дори от най-мощните суперкомпютри. Става дума за факторизацията на групови представяния – фундаментална операция, използвана във физиката на частиците, материалознанието и комуникацията на данни.

Работата е извършена от учените от Националната лаборатория в Лос Аламос Мартин Ларока и изследователя от IBM Войтех Хавличек. Резултатите са публикувани в списание Physical Review Letters.

Учените припомнят, че още Питър Шор е показал възможността за факторизация на цели числа на квантов компютър. Сега е доказано, че подобни методи са приложими и за симетриите. Всъщност става дума за разлагане на сложни структури на техни „неразложими представяния“ – основни градивни елементи. За класическите компютри подобна задача става непосилно трудна, когато работят със сложни системи. Определянето на тези блокове и изчисляването на техния брой (т.нар. „мултипликативни числа“) изисква огромни изчислителни ресурси.

Новият алгоритъм се основава на квантовото преобразуване на Фурие – семейство квантови схеми, които позволяват ефективни трансформации, които в класическата математика се използват за анализ на сигнали. Повече подробности са дадени в съобщение за пресата от лабораторията в Лос Аламос.

Учените подчертават, че това е демонстрация на „квантово предимство“ – моментът, в който квантов компютър се справя със задача, която е непосилна за традиционните машини. Според тях именно такива примери определят практическата стойност на квантовите технологии.

В статията се отбелязва, че изследователите са успели да идентифицират клас проблеми в теорията на представянията, които позволяват ефективни квантови алгоритми. В същото време е описан параметричният режим, при който е възможно реално повишаване на производителността.

Практическото значение на работата е широко. Във физиката на елементарните частици методът може да се прилага при калибрирането на детектори. В областта на науката за данните – при създаването на надеждни кодове за корекция на грешки за съхраняване и предаване на информация. В областта на материалознанието помага за по-добро разбиране на свойствата на веществата и за проектиране на нови материали.

По този начин работата на Ларока и Хавличек разширява списъка със задачи, в които квантовите изчисления наистина откриват нови хоризонти. Както отбелязват авторите, основното предизвикателство пред науката в момента е просто: необходимо е да се определи къде точно квантовите компютри могат да донесат реални ползи и да покажат предимства пред класическите системи.