古典的に検証可能な量子優位性のためのインタラクティブプロトコル

量子計算上の優位性を達成するためには、量子デバイス上で古典的に扱えない問題を解決する必要があります。自然な提案は、量子力学を古典的にシミュレーションする内在的な困難さに依存していますが、出力を検証すること自体が古典的に困難です。一方で、特定の量子アルゴリズム（例：ショアのアルゴリズムによる素因数分解）は効率的に検証可能ですが、近年のデバイスで利用可能なリソースよりも多くを必要とします。検証可能性と実装のギャップを埋める一つの方法は、証明者と検証者の間の"相互作用"を利用することです。暗号関数を活用することで、そのようなプロトコルは古典的な検証者が量子証明者の応答の一貫性を複数回の相互作用を通じて強制することを可能にします。本研究では、イオントラップ量子コンピュータを使用したインタラクティブな量子優位性プロトコルの初の実装を示します。誤差を伴う学習問題に基づくプロトコルと、暗号構成が計算ベールテストを実装する別のプロトコルの2つを実行します。複数回の相互作用を行うために、トラップされたイオン量子ビットのサブセットに対して中間測定を実施し、その後のコヒーレント進化を行います。両方のプロトコルにおいて、性能は古典的動作の漸近的限界を超え、スケールでこの忠実性を維持することは、検証可能な量子優位性を決定的に示すことになります。