Российский квантовый симулятор справился с задачей быстрее суперкомпьютера

Российские учёные впервые использовали аналоговое вычислительное устройство — квантовый симулятор — для решения сложной физической задачи. Устройство справилось быстрее, чем суперкомпьютер, которому потребовалось на это около недели. Подробности проекта приведены в журнале Physical Review Letters.

Созданные прежде квантовые симуляторы часто сталкивались с проблемой несоответствия симулируемому объекту, отметил аспирант МФТИ Глеб Фёдоров. В своей новой работе российские учёные «не пытались заставить систему работать против своей природы». Предложенная симулятору физическая задача — просчёт поведения фотонов в модели Бозе-Хаббарда — максимально использовала присущие аналоговому вычислительному устройству внутренние возможности.

Модель Бозе-Хаббарда применяется для описания ряда процессов в квантовой физике, в том числе тех, что происходят в так называемых квантовых компьютерах. По этой причине её экспериментальная проверка является привлекательной задачей для учёных, осложнённой, однако, тем, что по мере роста числа взаимодействующих объектов экспоненциально растёт объём вычислений.

Это не является проблемой для квантового симулятора, утверждают учёные из МФТИ, Российского квантового центра, НИТЦ «МИСиС», МГТУ имени Баумана и ВНИИА имени Духова. Работу кубитов вычислительного устройства можно настроить таким образом, что они будут вести себя как фотоны или другие бозоны внутри модели Бозе-Хаббарда. Это позволяет просчитывать поведение большого числа частиц за относительно короткое время.

Российские учёные проверили, можно ли использовать квантовый симулятор, собранный на базе пяти сверхпроводящих кульбитов, для решения этой задачи. Как оказалось, даже относительно простой квантовой системы хватило, чтобы максимально точно просчитывать взаимодействие частиц света, причём на это ушло всего два часа. Суперкомпьютер, принадлежащий ВНИИА имени Духова, потратил на проверку результатов вычислений около недели, используя все ресурсы своих 138 узлов. Учёные в ближайшем будущем планируют усложнить квантовые симуляторы. В далёкой перспективе это может помочь достичь «квантового превосходства» — решения задачи, в принципе не просчитываемой компьютерами.

Ранее сообщалось, что госкорпорация «Росатом» разрабатывает российский квантовый компьютер. Эмуляторы подобных вычислительных машин будут доступны для бизнесменов и учёных через облачные платформы.