Група изследователи от JPMorganChase, Quantinuum, Argonne National Laboratory, Oak Ridge National Laboratory и Университета на Тексас в Остин постигнаха важен успех в областта на квантовите изчисления. В нова статия, публикувана в сп. Nature, те описват как са използвали 56-кубитен квантов компютър за генериране на случайни числа и след това са доказали, че тези числа са наистина случайни, като са използвали мощни класически суперкомпютри. Това постижение, наречено „сертифицирана случайност“, може да бъде полезно в области като криптография, поверителност и справедливост.

Сертифицираната случайност означава, че числата не са само непредсказуеми, но и новосъздадени и математически проверени. Класическите компютри не могат да направят това сами. Обикновено те разчитат на хардуерни генератори на случайни числа, които могат да бъдат манипулирани. Но с този нов метод, дори ако някой се опита да се намеси в квантовия компютър, той няма да може да фалшифицира случайността и все пак да премине сертификацията.

Идеята зад протокола беше предложена за първи път от Скот Ааронсън, професор по компютърни науки в Университета на Тексас в Остин. Той работи с бившия си постдокторант Ши-Хан Хун, за да подкрепи експерименталния екип.

„Когато за първи път предложих моя протокол за сертифицирана случайност през 2018 г., нямах представа колко дълго ще трябва да чакам, за да видя експериментална демонстрация на него“, казва Ааронсън. „Разработването на оригиналния протокол и реализирането му е първата стъпка към използването на квантови компютри за генериране на сертифицирани случайни битове за реални криптографски приложения.“

За да проведе експеримента, екипът получи достъп до квантовия компютър System Model H2-1 на Quantinuum чрез интернет. Те използваха метод, наречен случайно вземане на проби от вериги (RCS), за който е известно, че е изключително труден за симулиране от класическите компютри. Процесът имаше две основни стъпки. Първо, изследователите изпратиха на квантовия компютър серия от предизвикателни вериги, създадени от малък източник на случайност. Квантовият компютър трябваше да реши тези предизвикателства, като избере един от многото възможни отговори на случаен принцип. След това, във втората стъпка, класическите суперкомпютри провериха резултатите, за да потвърдят, че случайността е реална.

Екипът използва няколко суперкомпютъра с обща производителност от 1,1 × 10¹⁸ операции с плаваща запетая в секунда (1,1 ExaFLOPS), за да сертифицира 71 313 бита ентропия. Това означава, че те доказаха, че случайните битове не биха могли да бъдат генерирани с класически методи, поне не при реалистични условия и предположения.

„Тази работа бележи важен етап в квантовите изчисления, като демонстрира решение на реален проблем с помощта на квантов компютър, който надхвърля възможностите на днешните класически суперкомпютри“, заяви Марко Пистоя, ръководител на отдела за глобални приложни технологични изследвания в JPMorganChase.

Quantinuum модернизира своята H2 система до 56 кубита през юни 2024 г. Благодарение на високата си точност и способността на всеки кубит да се свързва с всеки друг, системата беше в състояние да изпълнява RCS много по-добре от предишните машини. Това обновяване, в комбинация с протокола на Ааронсън, направи пробива възможен.

„Днес празнуваме важен етап, който въвежда квантовите изчисления в сферата на практичните, реални приложения“, заявява д-р Раджиб Хазра, президент и главен изпълнителен директор на Quantinuum.

„Тези резултати в квантовото изчисление бяха постигнати благодарение на водещите в света изчислителни съоръжения на Министерството на енергетиката на САЩ в Националната лаборатория Оук Ридж, Националната лаборатория Аргон и Националната лаборатория Лоуренс Бъркли“, добавя Травис Хъмбъл, директор на Програмата за потребители на квантови изчисления в ORNL.

Макар квантовите компютри да са доказали, че на теория могат да надминат класическите, превръщането на тази мощност в нещо полезно е било предизвикателство. Този експеримент показва, че квантовите компютри вече могат да правят нещо практично, което класическите компютри просто не могат да постигнат.

Снимка: Unsplash

Виж още: Chevrolet постави световен рекорд за най-дълъг пробег на е-кола с едно зареждане