无条件且指数级地违反经典性

《Nature Communications》：Unconditional and exponentially large violation of classicality

　　

摘要

几十年来，验证量子力学的预言一直是实验研究的主要目标之一。最近的技术进步催生了大量通过特定计算任务来检验非经典性的演示实验。这些实验的局限性包括依赖于复杂性理论假设、易受硬件噪声影响以及验证效率低下，从而引发对其可扩展性的质疑。我们提出使用基于互补采样的博弈来检验非经典性，这是一个可高效验证的问题，当输入和输出都表示概率分布的样本时，它能实现量子计算与经典计算之间最大的可能分离。当将输入限制在受Bernstein-Vazirani问题启发的实例时，我们的博弈可在无条件情况下实现指数级大的经典性违背，即不依赖计算困难性假设。我们在Quantinuum System Model H2囚禁离子量子计算机上展示了该博弈，实验包含多达55个量子比特上的数千种不同电路。观察到的分数可以通过系统性地采用量子策略来解释，从而以高效且可扩展的方式进一步证实了硬件的量子特性。