Яка дорожня карта для майбутнього квантового моделювання?

[amzy]

Квантові комп'ютери — це потужні пристрої, які мають такі швидкість і можливості обчислень, що знаходяться далеко за межами можливостей класичних, або бінарних, обчислень. Замість бінарної системи нулів та одиниць вони працюють через суперпозиції, які можуть бути нулями, одиницями або тими й іншими одночасно.

Квантові обчислення, результативність яких постійно еволюціонує, досягли тієї точки, коли для вирішення штучного завдання вони мають перевагу перед класичними комп'ютерами. У майбутньому вони можуть знайти застосування в різних областях. Один з перспективних класів завдань пов'язаний з моделюванням квантових систем, з потенційними додатками, такими як розробка матеріалів для батарей, промисловий каталіз та фіксація азоту.

У статті, опублікованій у журналі Nature, розглядаються найближчі та середньострокові можливості квантового моделювання на аналогових та цифрових платформах з метою отримання допомоги в оцінці потенціал цієї галузі. В її написанні взяли участь дослідники з Університету Стратклайду, Інституту квантової оптики Макса Планка, Мюнхенського університету Людвіга Максиміліана, Мюнхенського центру квантової науки та технології, Університету Інсбрука, Інституту квантової оптики та квантової інформації Австрійської академії наук та корпорації Microsoft.

Провідним автором роботи є професор Ендрю Дейлі, співробітник фізичного факультету Стратклайда. Він каже: "За останні роки в аналоговому та цифровому квантовому моделюванні було досягнуто великого прогресу, і квантове моделювання є однією з найперспективніших галузей квантової обробки інформації. Вона вже досить розвинена, як у плані розробки алгоритмів, так і в плані наявності значно просунутих аналогових експериментів з квантового симулювання на міжнародному рівні”.

“В історії обчислювальної техніки класичні аналогові та цифрові обчислення співіснували понад півстоліття, з поступовим переходом до цифрових обчислень, і ми очікуємо, що те саме станеться з появою квантової симуляції.”

“У якості наступного кроку на шляху розвитку цієї технології зараз важливо обговорити "практичну квантову перевагу", точку, в якій квантові пристрої вирішуватимуть проблеми, що становлять практичний інтерес, які не під силу традиційним суперкомп'ютерам."

“Багато з найбільш перспективних короткострокових застосувань квантових комп'ютерів підпадають під парасольку квантового моделювання: моделювання квантових властивостей мікроскопічних частинок, які безпосередньо стосуються розуміння сучасного матеріалознавства, фізики високих енергій та квантової хімії.”

“Квантове моделювання має стати можливим у майбутньому на відмовостійких цифрових квантових комп'ютерах з більшою гнучкістю та точністю, але воно також може бути здійснене вже сьогодні для конкретних моделей за допомогою спеціалізованих аналогових квантових симуляторів. Це відбувається за аналогією з вивченням аеродинаміки, яке може проводитися або в аеродинамічній трубі, або за допомогою симуляцій на цифровому комп'ютері. Якщо в аеродинаміці часто використовується модель меншого масштабу для розуміння чогось великого, то в аналогових квантових симуляторах часто використовується модель більшого масштабу для розуміння чогось ще меншого”

“Аналогові квантові симулятори зараз переходять від якісних демонстрацій фізичних явищ до кількісних рішень нагальних проблем. Особливо цікавим напрямком у найближчій перспективі є розробка низки програмованих квантових симуляторів, що гібридизують цифрові та аналогові методи. Це має великий потенціал, оскільки поєднує в собі найкращі переваги обох сторін, використовуючи власні аналогові операції створення сильно заплутаних станів”.

Стаття, опублікована 27 липня 2022 року в журналі Nature, має назву “Практична квантова перевага у квантовому моделюванні”