Квантовите компютри обещават пробив в решаването на сложни задачи, но тяхното развитие е все още на ранен етап. Напоследък се говори за квантово надмощие като крайъгълен камък, който Google наскоро е преминал. Но какво означава това?
Експериментите с квантово господство се опитват да отговорят стриктно на въпроса: Наистина ли квантовите компютри са по-мощни от класическите компютри? Естественият начин би бил да се покаже, че квантовият компютър може да разложи голям брой на фактори (факторизация, например: 15 = 5 × 3, само с по-големи числа). Компютърните учени смятат, че тази задача е трудна за традиционните компютри и голяма част от сегашното криптиране се основава на тази сложност. Факторизацията обаче е "лесна" за квантовите компютри и може да бъде решена с помощта на алгоритъма на Шор. Според последните оценки такъв експеримент изисква около 20 милиона кубита (квантови бита) и много прецизни операции [1].
За съжаление (или за щастие) квантовите компютри далеч не са такива изчисления. Ето защо от няколко години учените търсят изчисления, които биха били много трудни за класическите компютри, но биха могли да бъдат решени с няколко десетки кубита и относително малък брой операции на квантов компютър. Има няколко такива проблема, но най-обещаващи са така наречените случайни квантови вериги [2-5].
Проблемът е следният: Първо, избираме на случаен принцип квантова програма (верига) с даден брой кубити и елементарни операции и й даваме нулев вход. Нашата задача е да генерираме проби от същото разпределение като след измерване на такава квантова верига. Квантовите случайни вериги са сравнително проста задача за квантовите компютри, тъй като такава програма може лесно да работи на тях. Може строго да се покаже, че при разумни предположения този проблем ще бъде труден за класическите компютри [2-5]. Освен това може да се покаже, че случайните вериги все още са трудни за класическите компютри, дори ако считаме, че квантовата верига съдържа малки грешки.
Добрата новина е, че класическите суперкомпютри са на ръба да симулират съществуващи квантови вериги. По-лошата новина е, че подобен проблем няма друго практическо приложение освен демонстрирането на силата на квантовите компютри. В това отношение терминът господство е малко подвеждащ - квантовите компютри ще победят класическите компютри в ролята на произволни схеми с около петдесет кубита, но класическите компютри все още ще доминират при решаването на по-голямата част от практическите проблеми.
Много учени виждат потенциалната демонстрация на квантово господство като демонстрация на технологичен прогрес. Такъв експеримент изисква производството на повече от петдесет кубита върху малък чип, който ще бъде достатъчно изолиран от околната среда, така че кубитите да бъдат достатъчно стабилни, но в същото време трябва да ги контролираме индивидуално и точно. Тези изисквания разграничават цифровия квантов компютър от съществуващите квантови симулатори и в същото време отварят пространство за последващи експерименти.