«Сногсшибательно»: квантовый компьютер распутывает математические узлы

Могут ли квантовые компьютеры оправдать миллиарды, вложенные в их разработку? Ответить на этот вопрос, скорее всего, мы сможем еще не скоро. Тем не менее, все больше признаков указывает на то, что такие машины особенно хорошо подходят для решения фундаментальных математических задач.

Новое исследование компании Quantinuum демонстрирует потенциал квантовых компьютеров в топологии — разделе математики, который изучает свойства форм и пространств, устойчивые к деформациям. Ученые использовали квантовый компьютер H2−2, чтобы различить различные типы узлов на основе их топологических свойств. В частности, они сосредоточились на вычислении так называемых «инвариантов узлов» — чисел, которые присущи определенному типу узла, независимо от того, как он «сплющен» или изображен в плоскости. Эти инварианты, предложенные математиком Воном Джонсом, позволяют отличать разные в топологическом отношении узлы. Авторы работы утверждают, что их метод может быть быстрее классических алгоритмов, особенно когда речь идет о сложных узлах с сотнями или тысячами пересечений.

Несмотря на то, что заявления о превосходстве квантовых компьютеров уже не раз звучали ранее, практическое применение таких устройств зачастую оказывалась сомнительным. Однако на этот раз речь идет о задачах, в отношении которых уже доказано, что квантовые алгоритмы могут принципиально превзойти любые классические аналоги. Секрет заключается в связи между топологией и квантовой физикой — эту связь исследователи до сих пор считают поразительной.