Ученые из Национального исследовательского технологического университета МИСИС и Российского квантового центра (Сколково) создали цифровую модель квантовой системы, которая позволит управлять работой квантовых компьютеров.
Сегодня ученые всего мира работают над созданием квантовых компьютеров. Такие вычислительные машины не хранят информацию в двоичном коде, где наименьшей единицей хранения считается бит, а используют квантовые биты — кубиты.
Биты могут принимать одно из двух значений: 0 или 1. Кубиты же находятся одновременно в нескольких состояниях, поэтому при решении задач не перебирают последовательно все возможные комбинации, как обычный компьютер, а делают некоторые вычисления значительно быстрее. Так, задание, на выполнение которого у простого компьютера ушла бы неделя, может выполняться на квантовом за секунду.
Однако большое количество кубитов, задействованных в обработке данных, требует и больше вычислительных ресурсов для управления ими. При этом для отслеживания работы подобных машин мощностей обычных компьютеров не хватает.
Алексей Федоров. Источник: Алексей Федоров.
Для решения этой проблемы ученые создали цифрового двойника квантового компьютера — алгоритм на основе тензорной сети. Тензоры — это матрицы, или таблицы чисел, представляющие состояние всей квантовой системы в разные моменты времени. Однако хранить в памяти и производить операции со сложными тензорными выражениями тоже трудно, поэтому их разбивают на более мелкие. В результате такого разделения формируются тензорные сети, которые позволяют эффективно имитировать квантовые системы.
«В качестве модельной системы мы рассматривали цепочку спинов — это очень распространенная система в квантовых технологиях, на ее базе часто делают квантовые симуляторы — узкоспециализированные квантовые компьютеры для моделирования, например, химических систем и взаимодействия частиц в кристаллической решетке. Мы решали задачу по распространению информации от одного конца цепочки к другому — это соответствует некоторому модельному эксперименту по передаче квантовой информации в рамках системы», — рассказал RT руководитель научной группы Российского квантового центра и директор Института физики и квантовой инженерии Университета МИСИС, PhD по теоретической физике Университета Парижа-Юга Алексей Федоров.По словам специалистов, программа помогает снизить необходимое количество ресурсов для поиска решений. Вместо работы с системами с несколькими миллионами состояний достаточно компактных представлений с несколькими сотнями параметров. Цифровой двойник также скорректирует часть ошибок, например уменьшит квантовый шум.
Алгоритм уже можно использовать на обычном компьютере и управлять с его помощью квантовой системой, отмечают специалисты.
Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ
