|
Проблема, которую могут решить только квантовые вычисления
|
|
|
|
По мере развития квантовых вычислений ученые работают над выявлением задач, для решения которых квантовые компьютеры имеют явное преимущество перед классическими компьютерами. До сих пор исследователям удавалось выявить лишь некоторые из этих проблем, но в новой статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, ученые из Лос-Аламосской национальной лаборатории добавили еще одну проблему к этому очень короткому списку.
|
|
|
|
"Один из центральных вопросов, стоящих перед квантовыми вычислениями, заключается в том, какие классы задач они могут решать наиболее эффективно, а классические компьютеры - нет", - говорит Марко Сересо, ведущий научный сотрудник команды из Лос-Аламоса. "На данный момент это Святой Грааль квантовых вычислений, потому что таких задач можно пересчитать по пальцам одной руки. В этой статье мы только что добавили еще одну".
|
|
|
|
Квантовые вычисления используют уникальные законы квантовой физики, такие как суперпозиция, запутанность и интерференция, которые обеспечивают возможности обработки информации, превосходящие возможности классических устройств. Когда квантовые вычисления будут полностью реализованы, они обещают добиться прогресса в криптографии, моделировании квантовых систем и анализе данных, а также во многих других областях. Но прежде чем это произойдет, исследователям все еще необходимо разработать фундаментальную науку о квантовых вычислениях.
|
|
|
|
|
|
|
Конкретная задача, которую рассматривала команда из Лос-Аламоса, заключалась в моделировании чрезвычайно сложной оптической схемы с полупрозрачными зеркалами (или светоделителями) и фазовращателями, воздействующей на экспоненциально большое количество источников света. Команда из Лос-Аламоса выбрала эту задачу, потому что эти гауссовы бозонные схемы представляют собой физически мотивированную систему, которая имитирует экспериментальные лабораторные установки.
|
|
|
|
"Простое написание полного описания этой системы на классическом компьютере потребовало бы огромного объема памяти и вычислительных возможностей", - говорит Диего Гарсия-Мартин, соавтор из группы информационных наук Лаборатории, который изначально предложил идею проекта.
|
|
|
|
"Наша работа также убедительно показывает, что эта задача моделирования, как ожидается, не будет решена классическим компьютером без выполнения в течение длительного времени. Но с помощью квантового компьютера мы смогли эффективно смоделировать эту проблему".
|
|
Существует множество решений
|
|
|
|
Ученые из Лос-Аламоса хотели не просто смоделировать сложное расположение источников света и оптических компонентов, но и доказать, что квантовые компьютеры обладают доказуемым преимуществом в решении такого класса задач.
|
|
|
|
"В соответствии с теорией сложности вычислений, наша цель - показать, что задача моделирования больших гауссовых бозонных схем может быть сопоставлена с другими задачами, которые, как известно, сложны для классических компьютеров, но просты для квантовых", - говорит Гарсия-Мартин.
|
|
|
|
Таким образом, в статье команды показано, что рассмотренные модели относятся к классу классически сложных, но в количественном отношении простых задач, известных как квантовые задачи с ограниченной ошибкой за полиномиальное время, или BQP—полные. Это означает, что любая другая задача, основанная на BQP, может быть сопоставлена с большой гауссовой бозонной схемой и наоборот. Этот результат показывает, что квантовые компьютеры могут обеспечить вычислительное преимущество при решении задач с гауссовой бозонной схемой.
|
|
|
|
Коллективная работа
|
|
|
|
Работа развивалась вполне естественно для такого значимого открытия. Идея возникла после того, как в предыдущей статье было выдвинуто предположение, что квантовые компьютеры могут эффективно моделировать экспоненциально большую сеть масс, соединенных пружинами. Команда из Лос-Аламоса задалась вопросом, можно ли сделать нечто подобное для квантовой, а не классической системы.
|
|
|
|
Команда была заинтересована в таком проекте, но им нужен был кто-то, кто специализировался бы на оптических схемах. Как оказалось, ключ к решению этой сложной проблемы был найден с помощью студентки летней школы квантовых вычислений Элис Барт, которая работает в Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) в Женеве, Швейцария.
|
|
|
|
Лабораторная школа - это высококонкурентная программа, в рамках которой студенты магистратуры и бакалавриата совместно с наставниками из Лос-Аламоса в течение 10 недель работают над исследовательским проектом. Наряду со специализацией Барта в области квантовых алгоритмов и теории сложности, она также привнесла бесценные знания в области оптических схем.
|
|
|
|
"Навыки, которые Элис привнесла в нашу команду, были основополагающими для успеха этой статьи, - говорит Сересо. - И это действительно свидетельствует о качестве студентов, которые принимаются в нашу программу стажировки".
|
|
|
|
Источник
|
