121-kubittinen kvanttisuoritin näyttää geometrisia todistuksia

Kuvittele kiiltävä siru, jäähdytetty lähelle absoluuttista nollaa, joka humisee hauraina kvanttitiloina ja vastoin odotuksia suorittaa palan geometriaa. Tämä ei ole scifi-rekvisiittaa. Kyseessä on Zhejiangin ja Tsinghuan yliopistojen tiimin ajama 121-kubittinen suprajohtava prosessori, jota käytettiin suorittamaan koneellisesti tarkistettavia todisteita kahdesta geometrisesta lauseesta - toinen on oppikirjasta tuttu tosiasia neliöstä, toinen monimutkainen päättelysolmu vuoden 1978 kansainvälisestä matematiikkaolympiadista.

Kyse ei ole koneesta, joka olisi kompastunut odottamattomaan vastaukseen. Tutkijat tiesivät ennakolta, miltä oikeat johtopäätökset näyttivät. Nopeus ei ollut myöskään jutun ydin; klassiset tietokoneet päihittävät tämän kvanttilaitteen puhtaassa läpiviennissä. Todellinen virstanpylväs on filosofinen: matemaattisen päättelyn loogiset ketjut instansioitiin ja suoritettiin suoraan kvanttilaitteistolla.

Aloitetaan pienestä. Ensimmäinen tehtävä testasi kvantti-algebraista koneistoa: piirrä neliö, yhdistä lävistäjät ja osoita, että ne leikkaavat oikeassa kulmassa. Tätä varten tiimi käytti hybridistrategiaa, joka perustuu klassiseen Wun menetelmään algebraisessa geometriassa ja on muotoiltu uudelleen niin, että kvanttikytkennät voivat edustaa algebrallisia muunnoksia. Lyhyet piirit ehdottivat transformaatioita. Mittaukset tarkastivat ne. Askel askeleelta prosessori toteutti algebrallisen todistuksen.

Toinen haaste oli hankalampi. IMO-tyylinen geometrinen ongelma, jossa ympyrät ja kolmiot leikkaavat toisiaan, vaatii monimutkaisempaa symbolista kikkailua. Tässä tutkijat käyttivät symbolista todistushakumenetelmää, jossa kvanttikytkennät ehdottivat mahdollisia askeleita, sovelsivat muunnossääntöjä ja arvioivat, edistivätkö ne argumenttia. Kuvittele kytkennät kokeellisina oppipoikina: tee siirto, testaa se ja pidä se, jos se auttaa.

Miksikö sillä on merkitystä? Koska se osoittaa, että kvanttikoneet pystyvät muuhunkin kuin aritmetiikan nopeuttamiseen tai kemian simulointiin; niitä voidaan suunnitella käsittelemään abstrakteja lausekkeita ja loogisia päättelyketjuja. Tämä kääntää yleisen käsityksen kvanttiprosessoreista erikoistuneina laskentakoneina. Huolellisella koodauksella kubitit voivat kantaa ja testata loogista päättelyä, vaikka ne kohtaisivat kohinaa ja epävakautta, jotka ovat pitkään tehneet tällaisista koodauksista mahdottoman tuntuisia.

Tärkeitä varauksia on. Todistuksia ohjattiin voimakkaasti ihmisen suunnittelulla, ja klassiset järjestelmät ovat yhä paljon nopeampia ja luotettavampia näissä tehtävissä. Kuitenkin tämä koe osoittaa, että loogiset todistusrakenteet voidaan kartoittaa kvanttilaitteistolle ja suorittaa kokeellisesti. Kun kubittien määrä kasvaa ja virheenkorjaus kehittyy, hybridit klassisen ja kvanttisen laskennan todistusten etsijät saattavat siirtyä uteliaista demonstraatioista käytännöllisiksi työkaluiksi, jotka tutkivat todistuksia uusilla tavoilla.

Mikä pitkäaikainen ongelma seuraavaksi työnnetään, pala palalta, kvanttikytkennän avulla? Kysymys tuntuu nyt vähemmän spekulatiiviselta kuin muutama vuosi sitten.