Новости

Новый способ усовершенствования квантовых симуляторов

12 мая 2021 Рубрика: Новости организаций Ключевые слова: МИСиС, квантовые технологии, квантовые симуляторы

Ученым из НИТУ «МИСиС», МФТИ, РКЦ, МГТУ им. им. Н.Э. Баумана и ВНИИА им. Духова удалось с помощью квантового симулятора быстро решить сложную физическую задачу, на просчет которой у обычного суперкомпьютера ушла неделя. Исследование открывает новые перспективы как в области применения квантовых симуляторов, так и в квантовой оптике многочастичных квантовых систем.

Квантовые симуляторы представляют собой аналоговые устройства, в которых управляемые квантовые объекты имитируют и эффективно предсказывают поведение реальных квантовых систем. Такие симуляторы используются для разработки эффективных алгоритмов для компенсации ошибок, возникающих в квантовых системах, отработки настроек квантовых систем и т.д. По сути, квантовые симуляторы являются шагом на пути к созданию универсальных квантовых компьютеров.

Российские исследователи использовали такой симулятор, состоящий из пяти сверхпроводящих кубитов для просчета модели Бозе-Хаббарда, которая подходит для описания множества процессов в квантовом мире, в том числе и тех, которые происходят в квантовых компьютерах. В ходе эксперимента ученые впервые продемонстрировали, что линейные массивы сверхпроводящих кубитов-трансмонов могут быть использованы для изучения перехода «сверхпроводник — изолятор» в модели Бозе-Хаббарда.

Работу кубитов в такой системе можно настроить таким образом, что они будут имитировать поведение фотонов или другие бозонов внутри модели Бозе-Хаббарда, что позволяет просчитывать поведение большого числа частиц за относительно короткое время. Так, решение задачи с помощью квантового симулятора заняло всего два часа. При этом последующая проверка экспериментальных данных на суперкомпьютере показала блестящее соответствие между теорией и измерениям.

«Наш результат — это пример простого решения сложной проблемы, — комментирует соавтор работы, аспирант МФТИ Глеб Федоров. — 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. Мы же не пытались заставить систему работать против своей природы, а наоборот нашли физическую задачу, максимально использующую ее внутренние возможности».

Результаты эксперимента демонстрируют, что разработка подобных систем с большим числом кубитов позволит наблюдать поведение моделей, сложность расчета которых лежит далеко за пределами возможностей большинства суперкомпьютеров. Также исследователи отмечают простоту масштабирования квантовых симуляторов. Исследование российских ученых открывает новые перспективы в области применения квантовых симуляторов и в квантовой оптике многочастичных квантовых систем.

Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.

Добавить комментарий

  • 31
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 7
  • 8
  • 9
  • 10
  • 11
  • 12
  • 13
  • 14
  • 15
  • 16
  • 17
  • 18
  • 19
  • 20
  • 21
  • 22
  • 23
  • 24
  • 25
  • 26
  • 27
  • 28
  • 29
  • 30
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4