Исследователи из Оксфордского университета и Университета Севильи продемонстрировали явное преимущество квантовых технологий в задаче сотрудничества, известной как «игра нечетного цикла». Результаты исследования, опубликованные в престижном журнале Physical Review Letters под руководством первого автора Питера Дрмоты, убедительно показывают, что команда, использующая квантовую запутанность, может выигрывать значительно чаще, чем команда без доступа к квантовым ресурсам.
В то время как большинство предыдущих демонстраций квантового превосходства включали сложные вычисления, трудные для понимания неспециалистами, данное исследование предлагает более доступный пример преимущества квантовых технологий. Это особенно важно, учитывая, что убедительных демонстраций превосходства квантовых компьютеров над классическими до сих пор было немного.
«Игра нечетного цикла» представляет собой нелокальную игру, в которой участники команды должны отвечать на запросы без возможности общаться друг с другом. Правила игры таковы: игроки должны присвоить одну из двух возможных расцветок тарелке на круглом столе с нечетным числом мест. Судья случайным образом назначает игрокам либо одну и ту же тарелку, либо соседние. Чтобы выиграть, игроки должны вернуть одинаковый цвет для одной и той же тарелки и разные цвета для разных тарелок. При этом игроки не знают, какое место было назначено их партнеру.
Для эксперимента исследователи использовали два удаленно запутанных иона стронция, расположенных на расстоянии 2 метров друг от друга. Ионы контролировались двумя независимыми системами ионных ловушек, названными «Алиса» и «Боб». Перед началом игры игроки обменивались квантово-запутанным состоянием.
Результаты эксперимента оказались впечатляющими. Квантовая стратегия привела к более высоким показателям успеха, чем лучшая возможная классическая стратегия. Исследователи сначала определили классический предел вероятности выигрыша, а затем продемонстрировали, что квантовая стратегия превысила этот предел с "26-сигма уверенностью». Измерения показали корреляции между игроками, которые невозможно достичь с помощью классической стратегии.
Значимость этого исследования заключается в том, что оно представляет собой первую демонстрацию квантового преимущества, объясненную способом, доступным для неспециалистов. Авторы отмечают, что им удалось продемонстрировать «наивысшую нелокальную долю между физически разделенными устройствами с закрытой лазейкой детектирования». Это наглядно показывает, что квантовые системы могут превосходить классические подходы в более простых, легко описываемых задачах.
В будущем исследователи планируют оценить квантовые стратегии в других нелокальных кооперативных играх. В частности, они рассматривают возможность реализации игры «Магический квадрат» (пример «квантовой псевдо-телепатии») и потенциальное увеличение числа игроков для реализации игры GHZ. Эти исследования могут найти применение в будущем квантовом интернете через коммуникацию с помощью запутанности.
Изображение носит иллюстративный характер
В то время как большинство предыдущих демонстраций квантового превосходства включали сложные вычисления, трудные для понимания неспециалистами, данное исследование предлагает более доступный пример преимущества квантовых технологий. Это особенно важно, учитывая, что убедительных демонстраций превосходства квантовых компьютеров над классическими до сих пор было немного.
«Игра нечетного цикла» представляет собой нелокальную игру, в которой участники команды должны отвечать на запросы без возможности общаться друг с другом. Правила игры таковы: игроки должны присвоить одну из двух возможных расцветок тарелке на круглом столе с нечетным числом мест. Судья случайным образом назначает игрокам либо одну и ту же тарелку, либо соседние. Чтобы выиграть, игроки должны вернуть одинаковый цвет для одной и той же тарелки и разные цвета для разных тарелок. При этом игроки не знают, какое место было назначено их партнеру.
Для эксперимента исследователи использовали два удаленно запутанных иона стронция, расположенных на расстоянии 2 метров друг от друга. Ионы контролировались двумя независимыми системами ионных ловушек, названными «Алиса» и «Боб». Перед началом игры игроки обменивались квантово-запутанным состоянием.
Результаты эксперимента оказались впечатляющими. Квантовая стратегия привела к более высоким показателям успеха, чем лучшая возможная классическая стратегия. Исследователи сначала определили классический предел вероятности выигрыша, а затем продемонстрировали, что квантовая стратегия превысила этот предел с "26-сигма уверенностью». Измерения показали корреляции между игроками, которые невозможно достичь с помощью классической стратегии.
Значимость этого исследования заключается в том, что оно представляет собой первую демонстрацию квантового преимущества, объясненную способом, доступным для неспециалистов. Авторы отмечают, что им удалось продемонстрировать «наивысшую нелокальную долю между физически разделенными устройствами с закрытой лазейкой детектирования». Это наглядно показывает, что квантовые системы могут превосходить классические подходы в более простых, легко описываемых задачах.
В будущем исследователи планируют оценить квантовые стратегии в других нелокальных кооперативных играх. В частности, они рассматривают возможность реализации игры «Магический квадрат» (пример «квантовой псевдо-телепатии») и потенциальное увеличение числа игроков для реализации игры GHZ. Эти исследования могут найти применение в будущем квантовом интернете через коммуникацию с помощью запутанности.
