3 ноября 2021

В НИЯУ МИФИ прокомментировали последние результаты в достижении квантового превосходства

neowin.net Квантовый компьютер Sycamore neowin.net

Ученые сегодня вплотную приблизились к достижению «квантового превосходства» - ситуации, когда квантовый компьютер превосходит лучший из возможных «классических» компьютеров, считает ассистент кафедры физики конденсированных сред НИЯУ МИФИ, с.н.с. Центра Фотохимии РАН, к.хим.н. Александра Фрейдзон.

Недавно ученые под руководством Цзянь-Вей Пана из Научно-технического университета Китая (USTC) продемонстрировали в двух независимых исследованиях заметный прогресс в демонстрации квантового превосходства.

Цель квантового превосходства - показать, что программируемый квантовый компьютер способен решить вычислительную проблему, которая в настоящее время невозможна для неквантовых или «классических» компьютеров.

В 2019 году появились первые экспериментальные доказательства того, что эта цель достигнута, но они породили споры о том, действительно ли продемонстрированные квантовые вычисления находятся за пределами возможностей существующих классических компьютеров.

Летом 2021 года исследователи из группы Цзянь-Вей Пана поставили значительно более серьезные задачи в области экспериментальных квантовых вычислений. Это серьезно усложнило поиск классических алгоритмов и классических компьютеров, которые могли бы не отставать от квантовых.

Ученые из группы Пана использовали два различных квантовых компьютера: оптический и сверхпроводящий. Они увеличили число связанных кубитов (элементов квантового компьютера) и, соответственно, размер решаемой задачи настолько, что классическая симуляция работы такого алгоритма стала невозможной по вычислительным затратам.

По мнению ученых, их достижение доказывает квантовое превосходство. Кроме того, исследователи указали путь для дальнейшего увеличения количества связанных кубитов, по сравнению с достигнутым результатом (несколько десятков).

Квантовые вычислительные алгоритмы применяются тогда, когда объем генерируемых или обрабатываемых данных растет экспоненциально, прокомментировала Александра Фрейдзон.

«Квантовое превосходство достигается за счет того, что все возможные комбинации генерируются и обрабатываются одновременно. Те, кто учился музыке, вспомнят: можно сыграть несколько нот последовательно (арпеджио) или взять аккорд. В арпеджио легко расслышать отдельные ноты, тогда как для расшифровки аккорда нужна определенная тренировка. Квантовые алгоритмы – это и есть описание «аккордов» данных: как их играть и как расшифровывать. И точно так же, как аккорды можно брать на разных инструментах, точно так же различаются физические реализации квантовых компьютеров», - рассказала она.

Задачи, связанные с экспоненциальным ростом данных, по словам Александры Фрейдзон, возникают в самых разных областях: в криптографии, в машинном обучении (от разработки дизайна лекарств и материалов до создания беспилотных автомобилей), в физике при решении задачи многих тел (например, в молекулярном моделировании и в астрономии), в вычислительной геномике, в социологии и т.п.

«Чем большим объемом данных предполагается оперировать, тем больше кубитов требуется связать между собой за счет квантовой запутанности и удерживать в таком состоянии. При физической реализации такой системы возникает много сложностей, а желаемое состояние легко разрушается внешними воздействиями», - отметила она.

По ее мнению, работа Пана приближает человечество к наступлению эры квантовых компьютеров, пригодных для использования в обычных условиях, когда обработка экспоненциально растущих массивов данных станет рутинной процедурой.