Российский квантовый симулятор за два часа решил задачу, на которую ушла неделя работы мощного вычислительного кластера. Этим экспериментом ученые доказали, что сверхпроводниковые симуляторы могут помочь решать задачи материаловедения и исследовать не встречающиеся в естественной природе (например, сверхтекучие) фазы вещества. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Квантовые симуляторы — одно их основных направлений разработки квантовых вычислителей. В отличие от универсальных квантовых компьютеров, требующих гораздо более сложных инженерных расчетов, основное требование к симуляторам — соответствие физической системе, для которой они создаются. «Ранние квантовые симуляторы из-за своих несовершенств часто сталкивались с проблемой несоответствия объекту симуляции. В этом контексте скептики говорили, что симуляторы симулируют исключительно сами себя, — поделился один из авторов работы Глеб Федоров, аспирант МФТИ. — Наш результат — это пример простого решения сложной проблемы. Мы не пытались заставить систему работать против своей природы, а, наоборот, нашли физическую задачу, максимально использующую ее внутренние возможности».
Ученые из МФТИ, НИТУ «МИСиС», Российского квантового центра, МГТУ имени Баумана и ВНИИА имени Духова в совместном эксперименте симулировали передачу фотонов в модели Бозе — Хаббарда. Эта модель позволяет описывать различные процессы в квантовом мире, но объем вычислений, необходимых для проверки, экспоненциально растет по мере увеличения числа взаимодействующих объектов. С помощью несложной схемы из пяти сверхпроводящих кубитов ученые смогли просчитать взаимодействия частиц света, заставив кубиты вести себя так, как вели бы себя фотоны внутри модели Бозе — Хаббарда. Для этого ученые подключили кубиты к микроволновым волноводам и провели прямую спектроскопию пропускания.
За два часа исследователи получили данные, для проверки которых «классическим» компьютерным методом потребовалось около недели работы и вся вычислительная мощность 138-ядерного суперкомпьютера ВНИИА имени Духова. Эти расчеты полностью совпали с результатами экспериментов и дали повод предполагать, что разработка систем с большим числом кубитов позволит наблюдать поведение моделей, сложность расчета которых лежит далеко за пределами большинства суперкомпьютеров.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
