گروهی از پژوهشگران از موسسات JPMorganChase، Quantinuum، آزمایشگاه ملی آرگون، آزمایشگاه ملی اوک‌ریج و دانشگاه تگزاس در آستین به نقطه‌عطفی مهم در حوزه رایانش کوانتومی دست یافته‌اند. در مقاله‌ای منتشرشده در نشریه Nature، آنها شرح داده‌اند که چگونه با استفاده از رایانه کوانتومی 56 کیوبیتی موفق به تولید اعداد تصادفی شدند و سپس با بهره‌گیری از ابررایانه‌های کلاسیک قدرتمند، تصادفی‌بودن این اعداد را اثبات کردند.
این دستاورد که Certified Randomness نام دارد، می‌تواند در حوزه‌هایی نظیر رمزنگاری، حفظ حریم خصوصی و عدالت کاربرد داشته باشد. در این روش، اعداد نه‌تنها غیرقابل پیش‌بینی هستند، بلکه به‌صورت تازه تولید شده و از نظر ریاضی نیز تأیید می‌شوند، کاری که کامپیوترهای کلاسیک به‌تنهایی قادر به انجام آن نیستند. آنها معمولاً به تولیدکننده‌های سخت‌افزاری اعداد تصادفی متکی‌اند که امکان دست‌کاری در آنها وجود دارد.
اما در روش جدید، حتی اگر فردی سعی در دخالت در عملکرد کامپیوتر کوانتومی داشته باشد، نمی‌تواند تصادفی‌بودن را جعل کند و همچنان تأییدیه دریافت کند. ایده این پروتکل نخستین‌بار توسط اسکات آرونسون، استاد علوم رایانه در دانشگاه تگزاس، مطرح شد. او به‌همراه پژوهشگر پسادکترای سابق خود، شی-هان هونگ، از تیم آزمایشگاهی حمایت کرد. آرونسون می‌گوید:
وقتی در سال 2018 پروتکل Certified Randomness را پیشنهاد دادم، نمی‌دانستم چقدر باید منتظر بمانم تا اجرای آزمایشگاهی آن را ببینم. تحقق این پروتکل گامی نخست برای استفاده از کامپیوترهای کوانتومی در تولید بیت‌های تصادفی تأییدشده برای کاربردهای واقعی رمزنگاری است.
برای اجرای آزمایش، تیم پژوهشی به کامپیوتر کوانتومی Quantinuum با مدل H2-1 از طریق اینترنت دسترسی یافت. آنها از روشی به‌نام نمونه‌برداری از مدار تصادفی (Random Circuit Sampling – RCS) استفاده کردند که شبیه‌سازی آن برای کامپیوترهای کلاسیک بسیار دشوار است. این فرآیند شامل دو مرحله بود: ابتدا مدارهای چالشی از یک بذر تصادفی کوچک تولید و به کامپیوتر کوانتومی ارسال شد.
کامپیوتر باید یکی از پاسخ‌های ممکن را به‌صورت تصادفی انتخاب می‌کرد. سپس در مرحله دوم، ابرکامپیوترهای کلاسیک نتایج را بررسی کردند تا تصادفی‌بودن واقعی آنها را تأیید کنند. برای این منظور، چندین ابرکامپیوتر با توان محاسباتی ترکیبی معادل 1.1 × 10¹⁸ عملیات ممیز شناور در ثانیه (1.1 اگزافلاپس) به‌کار گرفته شد تا 71313 بیت آنتروپی تأیید شود. این بدان معناست که اثبات شد این بیت‌های تصادفی تحت شرایط و فرضیات واقع‌گرایانه نمی‌توانند توسط روش‌های کلاسیک تولید شده باشند. مارکو پیستوی، مدیر بخش تحقیقات کاربردی فناوری جهانی در JPMorganChase، اظهار داشت:
این کار نقطه‌عطفی مهم در رایانش کوانتومی است که نشان می‌دهد رایانه کوانتومی می‌تواند راه‌حلی برای چالش‌های واقعی ارائه دهد.
سیستم H2 شرکت Quantinuum در ژوئن 2024 به 56 کیوبیت ارتقاء یافت. به‌دلیل دقت بالا و قابلیت اتصال هر کیوبیت به کیوبیت دیگر، این سیستم توانست نمونه‌برداری از مدار تصادفی را بسیار بهتر از دستگاه‌های پیشین انجام دهد. این ارتقاء، در کنار پروتکل آرونسون، زمینه‌ساز این پیشرفت شد. دکتر راجیب هازرا، رئیس و مدیرعامل Quantinuum، گفت:
امروز نقطه‌عطفی را جشن می‌گیریم که رایانش کوانتومی را به‌طور قطعی وارد عرصه کاربردهای عملی و واقعی می‌کند.
تراویس هامبل، مدیر برنامه کاربران رایانش کوانتومی در آزمایشگاه ملی اوک‌ریج، افزود:
این نتایج با بهره‌گیری از زیرساخت‌های محاسباتی پیشرفته وزارت انرژی آمریکا در آزمایشگاه‌های ملی اوک‌ریج، آرگون و لارنس برکلی حاصل شده‌اند.
در حالی که کامپیوترهای کوانتومی پیش‌تر در تئوری توانایی پیشی‌گرفتن از کامپیوترهای کلاسیک را نشان داده بودند، تبدیل این توان به کاربردهای عملی همواره چالش‌برانگیز بوده است. این آزمایش نشان می‌دهد که اکنون کامپیوترهای کوانتومی قادر به انجام کاری هستند که کامپیوترهای کلاسیک به‌هیچ‌وجه نمی‌توانند با آن رقابت کنند.
