Вчені довели: звичайний комп’ютер може виконувати квантові обчислення

Дослідникам вдалося розв’язати квантову задачу, яка раніше вважалася недосяжною для звичайних комп’ютерів. Вчені з Центру обчислювальної квантової фізики (CCQ) Інституту Флатірон та Бостонського університету довели, що потужне математичне моделювання дозволяє виконувати квантові обчислення навіть на персональному ноутбуці. Результати дослідження опублікував науковий журнал Science.

У чому полягало завдання?

Вчені намагалися змоделювати поведінку сотень взаємодіючих кубітів – квантових аналогів бітів, розташованих у складні решітки. Основна складність полягала у квантовій заплутаності: стан системи описується величезною хвильовою функцією, розмір якої зростає експоненціально з додаванням кожної нової частинки. Раніше вважалося, що класичні комп’ютери фізично не здатні зберігати та опрацьовувати такі обсяги даних.

Як вдалося “стиснути” квантову систему?

Команда фізиків розробила спеціалізоване програмне забезпечення на основі тензорних мереж. Ці математичні структури дозволяють “стискати” інформацію хвильової функції, подібно до того, як працюють ZIP-архіви з файлами.

Дослідники використали бібліотеку ITensor, спеціально створену в CCQ для подібних обчислень. Для ранніх етапів розрахунків застосували оновлений алгоритм “поширення переконань”, розроблений ще у 1980-х роках.

Цей підхід дозволив моделювати тривимірну квантову динаміку з високою точністю. Результати обчислень повністю збіглися як з теоретичними прогнозами, так і з даними, отриманими раніше на дороговартісному квантовому обладнанні.

Чому це важливо?

Метод доводить, що класичні та квантові обчислення не обов’язково конкурують – вони здатні до синергії. Можливість виконувати складні розрахунки на звичайному “залізі” значно знижує поріг входу для науковців, які вивчають квантову динаміку та властивості матеріалів (наприклад, надпровідників).

“Бар’єр для входу набагато простіший для нас, оскільки не потрібно будувати квантовий комп’ютер. Я можу просто написати код і натиснути “запустити” на своєму персональному комп’ютері”, – зазначає Джозеф Тіндалл, співавтор дослідження.

Наступною метою вчених є моделювання складніших систем, зокрема електронів, що рухаються між ділянками, що наблизить фізиків до глибшого розуміння реальних квантових матеріалів.

• Швейцарська компанія FinalSpark створила комп’ютерну систему на основі клітин людського мозку (органоїдів) і пропонує її вченим в оренду за $500 на місяць.