В течение достаточно долгого периода времени квантовые компьютеры были не более чем фантастической идеей, но уже сегодня эта идея очень близка к реальному воплощению благодаря тому, что правительства многих стран и руководство крупных компаний интенсивно вкладывает капитал в развитие квантовых технологий. На свете уже существуют даже коммерческие образцы «спорных» квантовых компьютеров компании D-Wave, но до последнего времени еще ни разу не было получено надежных доказательств так называемого квантового превосходства, кардинального превосходства квантовых компьютеров над классическими компьютерами при решении определенных и оптимизированных для этого вычислительных задач.

Обычные, классические компьютеры в своей работе опираются на законы классической физики. Данные, которыми оперируют эти компьютеры, представлены в виде последовательностей логических единиц и нулей. Эти логические уровни реализуются в виде наличия или отсутствия электрического заряда в активном элементе ячейки памяти, в виде открытого или закрытого состояния транзисторов, из которых состоят логические элементы, выполняющие арифметические или логические операции с данными.

Внутренняя организация квантовых компьютеров гораздо сложней организации классических компьютеров. Удивительные законы квантовой механики позволяют квантовому биту принимать значение, равное единице и нулю одновременно. Это уникальное состояние, называемое состоянием квантовой суперпозиции, позволяет квантовым компьютерам выполнять множество операций над различными данными, делая за один такт работу, на которую классическому компьютеру требуется выполнение достаточно длинной последовательности команд. И именно эта особенность квантовых компьютеров должна позволить им выполнять оптимизированные для этого алгоритмы, к примеру, алгоритм Шора (разложения числа на множители), во много раз быстрее классических компьютеров.

Буквально недавно группа ученых из Технологического университета в Мюнхене, Германия, Института квантовых вычислений университета Ватерлоо, Канада, и компании IBM успешно продемонстрировала принцип квантового превосходства. Для этих целей была создана квантовая схема, ориентированная на решение сложной и тяжелой с вычислительной точки зрения алгебраической задачи. Отличительной особенностью этой схемы стало то, что каждый из использованных в ней кубитов мог выполнять строго фиксированное количество операций, другими словами, эта квантовая схема имела фиксированную функциональную «глубину». Более того, ученые доказали, что решаемая алгебраическая задача не может быть решена на классической вычислительной системе с фиксированной функциональной глубиной.

Еще раз заметим, что до нынешнего времени еще никому не удавалось ни доказать, ни экспериментально продемонстрировать квантовое превосходство. «Полученные нами результаты демонстрируют, что принципы квантовой обработки информации действительно обеспечивают превосходство. Кроме этого, в дальнейшем нам уже не будет требоваться полагаться на сложные теоретические догадки, не предоставляющие надежных доказательств» — рассказывает Роберт Кениг (Robert Konig), ведущий исследователь, — «Разработанная нами квантовая схема может стать первым прототипом реального квантового компьютера, хотя из-за ее простоты она пока может считаться лишь экспериментальной реализацией одного из квантовых алгоритмов».