Дослідницька група у погоні за перевагою у квантових перегонах

Дослідники квантових технологій з Бристольського університету значно скоротили час для симуляції оптичного квантового комп’ютера, отримавши прискорення приблизно у мільярд у порівнянні з попередніми підходами.

 

 

Квантові комп’ютери обіцяють експоненціальне прискорення розв'язання певних проблем із потенційним застосуванням у різноманітних сферах - від відкриття ліків до нових матеріалів для батарей. Але квантові обчислення все ще знаходяться на ранніх стадіях, тому це довгострокові цілі. З усім тим, на шляху до створення корисного пристрою є цікаві проміжні віхи. Однією з них, якій зараз приділяється багато уваги, - це "квантова перевага", коли квантовий комп’ютер виконує завдання, що виходить за межі можливостей навіть найпотужніших суперкомп’ютерів у світі.

Експериментальна робота Університету науки та техніки Китаю стала першою, яка заявила про квантову перевагу за допомогою фотонів — частинок світла, у протоколі під назвою "Вибірка гаусових бозонів" (GBS). У їхній роботі стверджується, що експеримент, проведений за 200 секунд, вимагав би 600 мільйонів років для симуляції на найбільшому у світі суперкомп’ютері.

Прийнявши виклик, команда з Лабораторій квантової інженерії (QET Labs) Бристольського університету у співпраці з дослідниками Імперського коледжу Лондона та Хювлет-Пакард Інтерпрайз скоротила цей час симуляції до кількох місяців, що означає прискорення приблизно в один мільярд разів.

Їхня робота «Межа квантової переваги у вибірці гауссових бозонів», опублікована в журналі Science Advances, з’явилася в той час, коли інші експериментальні підходи, що претендують на квантову перевагу, наприклад, від команди квантових обчислень у Google, також ведуть до покращення класичних алгоритмів для симуляції цих експериментів.

Співперший автор Джейк Балмер, аспірант QET Labs сказав: «Відбуваються захопливі перегони, де, з одного боку, дослідники намагаються побудувати дедалі складніші квантові обчислювальні системи, які, як вони стверджують, не можуть бути змодельовані звичайними комп’ютерами. Водночас такі дослідники, як ми, удосконалюють методи симуляцій, щоб ми могли симулювати ці нібито неможливі для симуляції машини!»

«У міру того, як дослідники розроблятимуть більш масштабні експерименти, вони намагатимуться робити заяви на квантову перевагу у порівнянні з класичними симуляціями. Наші результати забезпечать важливу точку порівняння, за допомогою якої можна буде встановити обчислювальну потужність майбутніх експериментів GBS», — сказав співперший автор Брін Белл, науковий співробітник Імперського коледжу Лондона, нині старший інженер з квантування в Oxford Quantum Circuits.

Методи команди не використовують жодних помилок в експерименті, і тому наступним кроком для дослідження є поєднання їхніх нових методів з методами, які використовують недосконалість експериментів в реальному світі. Це ще більше прискорить час моделювання та допоможе краще зрозуміти, які області потребують покращення.

«Ці експерименти з квантовою перевагою є величезним досягненням фізики та техніки. Як досліднику, мені цікаво зробити свій внесок у розуміння того, звідки виникає обчислювальна складність цих експериментів. Ми були здивовані масштабом досягнутих удосконалень — не часто можна заявити про знайдене покращення в мільярд разів!» — сказав Джейк Балмер.

Ентоні Лейн, співдиректор QET Labs та автор роботи, сказав: «Оскільки ми розробляємо більш складні технології квантових обчислень, робота такого типу є життєво важливою. Вона допомагає нам зрозуміти планку, яку ми повинні здолати, перш ніж почати розв'язувати проблеми в області екологічно чистої енергії та охорони здоров’я, які стосуються всіх нас».