Российский квантовый симулятор впервые решил сложную физическую задачу

На ее просчет обычный суперкомпьютер потратил бы около недели, сообщила пресс-служба МФТИ.

 

Физики из России впервые использовали квантовый симулятор, аналоговое вычислительное устройство, для быстрого решения сложной физической задачи, на просчет которой обычный суперкомпьютер потратил около недели. Об этом сообщила пресс-служба МФТИ со ссылкой на статью в журнале Physical Review Letters.

«Ранние квантовые симуляторы из-за своих несовершенств часто сталкивались с проблемой несоответствия объекту симуляции. В этом контексте скептики говорили, что эти машины симулируют исключительно сами себя. Мы же не пытались заставить систему работать против своей природы, а нашли физическую задачу - просчет поведения фотонов в модели Бозе-Хаббарда, максимально использующую ее внутренние возможности», - сказал аспирант МФТИ Глеб Федоров, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Модель Бозе-Хаббарда можно применять для описания множества процессов в квантовом мире, в том числе и тех, которые происходят в квантовых компьютерах. По этой причине ее экспериментальная проверка постоянно привлекает внимание ученых, что осложняется тем, что объем вычислений экспоненциально растет по мере увеличения числа взаимодействующих объектов.

Это, как отмечают ученые из МФТИ, НИТУ «МИСиС», Российского квантового центра, МГТУ имени Баумана и ВНИИА имени Духова, не является проблемой для квантового симулятора. Работу его кубитов можно настроить таким образом, что они будут вести себя так, как это должны делать фотоны или другие бозоны внутри модели Бозе-Хаббарда, это позволяет использовать ее на практике, просчитывая поведение большого числа частиц за относительно короткое время.

Руководствуясь подобными соображениями, ученые проверили, можно ли использовать российский квантовый симулятор, построенный на базе пяти сверхпроводящих кубитов, для решения этой физической задачи. Как оказалось, даже этой достаточно простой квантовой системы волне хватает для того, чтобы максимально точно просчитывать взаимодействия частиц света, потратив на это всего два часа времени. Для сравнения, суперкомпьютер, установленный на территории ВНИИА имени Духова, потратил на проверку результатов квантовых вычислений около недели, используя все вычислительные ресурсы его 138 узлов. Эта проверка показала, что результат квантовой симуляции полностью соответствовал тому, что предсказывает теория.

В ближайшем будущем профессор Устинов и его коллеги планируют создать еще более сложные квантовые симуляторы. Эти устройства, как надеются ученые, помогут им проверить другие предсказания теоретиков. Кроме того, в далекой перспективе они помогут российским ученым достичь так называемого «квантового превосходства» -решить задачу, которую в принципе нельзя просчитать при помощи обычного компьютера.