Квантовите компютри ще се проверяват един друг

В продължение на няколко десетилетия учените по цял свят работят над създаването на изчислителни машини, работещи по законите на квантовата физика.

След като в тази област е постигнат определен напредък, възниква въпросът: как да определим автентични ли са резултатите от изчисленията на квантовия компютър, ако те не може да се препроверят? Физиците предлагат необичаен отговор: машините трябва да работят по двойки.

Квантовите компютри в работата си се опират на сложни закони на квантовата механика, според които частицата може да се намира на две места едновременно. Или две частици, които са квантово заплетени, едновременно променят своето състояние с друго, колкото и далече да се намират една от друга.

Ако в класическите компютри информацията се записва във вид на битове – единици и нули, в квантовите компютри тя е представена във вид на кюбити (от английското qubit – quantum bit). Те могат да бъдат едновременно единици и нули или да представляват комбинация от двете състояния в пропорции например 32% за „единица“ и 68% за „нула“.

Благодарение на тази особеност квантовите компютри работят несравнимо по-бързо от обикновените. Така една машина от 300 кюбита е способна за миг да изпълни повече изчисления, отколкото атома съществуват във Вселената.

„Квантовите компютри, съществуващи днес, работят само с няколко кюбита и затова не е трудно да се проверят резултатите от техните изчисления с обикновен компютър или на лист хартия. Но в бъдеще може да възникнат проблеми с верификацията на данните, тъй като тези машини ще стават все по-мощни”, предупреждава Филип Валтер от Виенския университет.

Независимо че със съществуващите технологии създаването на по-мощни квантови компютри все още е недостижимо, учените вече се замислят за решаването на споменатите проблеми.

Валтер и колегите му предлагат нов метод, който се базира на технологията „сляпо квантово изчисление”, разработено от същия екип физици и описано през 2012 г. По тази методика квантовият компютър получава кюбити информация и изпълнява поставената задача, но остава „сляп” към входящите и изходящите сигнали и дори към това какви точно изчисления се провеждат.

За да проверят точността на работата на изчислителните машини, физиците внедрили в задачата малки информационни капани – кратки промеждутъчни изчисления, чийто резултат бил известен предварително.

„Ако компютърът работи не както трябва, неговият отговор на тези изчисления трябва да е различен от очакваното”, пояснява Валтер.

Използвайки дадения алгоритъм, австрийските учени получили експериментално потвърждение, че един квантов компютър може да провери резултатите на друг. И макар че според авторите в двойка могат да работят всеки два квантови компютъра, най-разумно е да се използва по-слаб за проверка на значително по-мощен.

Наличието на неоткрити грешки ще зависи от самите машини и от характера на провежданите изчисления. Но колкото повече „капани” бъдат вградени в поставената задача, толкова по-голяма е вероятността грешката на квантовия компютър да бъде уловена. Тези капани работят по такъв начин, че машината не може да ги отличи от стандартната задача.

В своя експеримент Валтер и колегите му използвали 4-кюбитов компютър в качеството на проверяващ, но на теория той може да бъде всеки друг. Авторите твърдят, че такъв начин на проверка може да се използва и за проверка на 1000-кюбитов компютър.

Методът на Валтер и колегите му е описан подробно в сп. Nature Physics.