Квантовый процессор Quantinuum H2 прошёл вычислительный тест, в котором предел для любого классического подхода заранее доказан математически. В эксперименте использовали тысячи квантовых схем и до 55 кубитов, а разрыв между квантовой и классической стратегиями увеличивался вместе со сложностью задачи.
Главное отличие новой работы от многих прежних демонстраций квантового преимущества - в характере доказательства. Обычно исследователи показывают, что квантовый процессор справляется с задачей, которую лучшие известные классические алгоритмы решают слишком долго. Теоретически при таком подходе всегда остаётся возможность появления более эффективного обычного алгоритма. В новом тесте верхняя граница возможностей классической стратегии следует непосредственно из математики задачи и не зависит от предположения о вычислительной сложности.
Исследователи превратили проверку в игру на основе так называемой выборки дополнения, или complement sampling. Есть множество возможных двоичных строк, половина которых относится к скрытому набору S. Игрок получает информацию, связанную с S, и должен вернуть элемент из противоположной половины, то есть из дополнения множества.
Классический участник получает лишь ограниченную информацию и быстро упирается в строгую вероятностную границу. Квантовый процессор вместо отдельного значения работает с суперпозицией элементов множества и с помощью специального преобразования переводит состояние в суперпозицию его дополнения. После измерения машина с высокой вероятностью выдаёт подходящий результат.
Для эксперимента авторы выбрали специальное семейство множеств, построенное по мотивам задачи Бернштейна-Вазирани. Такая конструкция позволяет одновременно сохранить квантовое преимущество и сравнительно просто проверять ответы обычным компьютером. Для идеальной квантовой стратегии отношение результата к оптимальной классической стратегии растёт как 2n - 1. При n = 37 теоретический разрыв превышает 137 млрд раз.
Реальное оборудование из-за шума не достигает идеальной квантовой границы. Тем не менее процессоры Quantinuum System Model H2 стабильно выходили за математически установленный классический предел при всех исследованных размерах задачи. Авторы использовали схемы для задач от пяти до 37 бит, а самые крупные эксперименты задействовали 55 кубитов.
Отдельно проверили статистическую значимость результата. Для крупнейшей задачи проводилось больше раундов, чем для меньших вариантов, а доверительные интервалы рассчитывались на уровне 99%. По мере роста n классическая граница снижалась экспоненциально, поэтому аппаратный шум уменьшал абсолютный результат квантового процессора, но не закрывал разрыв с классической стратегией.
В основе работы лежит более ранняя теория выборки дополнения. Для множества из N = 2n элементов квантовому алгоритму в идеальном случае достаточно одной квантовой выборки, тогда как классическому подходу требуется число образцов, растущее вместе с размером пространства. В январе 2026 года авторы формализовали такой подход как проверяемое квантовое преимущество по сложности выборки, а новая работа перенесла идею на реальное оборудование.
Результат не означает, что 55-кубитная машина стала быстрее суперкомпьютеров в полезных прикладных расчётах. Complement sampling специально разработан как проверочный тест, а не как задача для химии, логистики или моделирования материалов. Работа показывает более узкий, но принципиально важный результат: наблюдаемое поведение квантового устройства выходит за границу, которую в выбранной модели нельзя преодолеть никакой классической стратегией.
Проверка также не превращает эксперимент в полностью независимое от устройства доказательство квантовости. Протокол опирается на контролируемую подготовку входных квантовых состояний и другие экспериментальные предпосылки. Поэтому авторы рассматривают метод прежде всего как масштабируемый тест квантового оборудования, который устраняет одну из главных слабостей прежних демонстраций, зависимость от недоказанных предположений о сложности классических вычислений.
Авторы считают, что по мере увеличения числа кубитов предложенная игра позволит проверять всё более крупные системы без экспоненциального усложнения самой процедуры проверки, тогда как математический разрыв между квантовой и классической стратегиями будет продолжать расти.
