Исследовательская группа в погоне за преобладанием в квантовой гонке

 Исследователи квантовых технологий из Бристольского университета значительно сократили время для симуляции оптического квантового компьютера, получив ускорение примерно в миллиарде по сравнению с предыдущими подходами.

Квантовые компьютеры обещают экспоненциальное ускорение решения определенных проблем с потенциальным применением в различных областях - от открытия лекарств до новых материалов для батарей. Но квантовые вычисления все еще находятся на ранних стадиях, потому это долгосрочные цели. Со всем тем, на пути к созданию полезного устройства есть интересные промежуточные вехи. Одной из них, которой сейчас уделяется много внимания, - это "квантовое преимущество", когда квантовый компьютер выполняет задачи, выходящие за пределы возможностей даже самых мощных суперкомпьютеров в мире.

Экспериментальная работа Университета науки и техники Китая стала первой, заявившей о квантовом преимуществе с помощью фотонов — частиц света, в протоколе под названием "Выборка гауссовых бозонов" (GBS). В их работе утверждается, что эксперимент, проведенный за 200 секунд, потребовал бы 600 миллионов лет для симуляции на крупнейшем в мире суперкомпьютере.

Приняв вызов, команда из Лаборатории квантовой инженерии (QET Labs) Бристольского университета в сотрудничестве с исследователями Имперского колледжа Лондона и Хювлет-Пакард Интерпрайз сократила это время симуляции до нескольких месяцев, что означает ускорение примерно в один миллиард раз.

Их работа "Граница квантового преимущества в выборке гауссовых бозонов", опубликованная в журнале Science Advances, появилась в то время, когда другие экспериментальные подходы, претендующие на квантовое преимущество, например, от команды квантовых вычислений в Google, также ведут к улучшению классических. алгоритмов для симуляции этих экспериментов

Сопервый автор Джейк Балмер, аспирант QET Labs сказал: «Происходят увлекательные гонки, где, с одной стороны, исследователи пытаются построить все более сложные квантовые вычислительные системы, которые, как они утверждают, не могут быть смоделированы обычными компьютерами. В то же время, такие исследователи, как мы, совершенствуют методы симуляций, чтобы мы могли симулировать эти якобы невозможные для симуляции машины!»

По мере того, как исследователи будут разрабатывать более масштабные эксперименты, они будут пытаться делать заявления на квантовое преимущество по сравнению с классическими симуляциями. Наши результаты обеспечат важную точку сравнения, с помощью которой можно будет установить вычислительную мощность будущих экспериментов GBS», — сказал первый автор Брин Белл, научный сотрудник Имперского колледжа Лондона, ныне старший инженер по квантованию в Oxford Quantum Circuits.

Методы команды не используют никаких ошибок в эксперименте, и следующим шагом для исследования является сочетание их новых методов с методами, использующими несовершенство экспериментов в реальном мире. Это еще больше ускорит время моделирования и поможет лучше понять, какие области нуждаются в улучшении.

«Эти эксперименты с квантовым преимуществом представляют собой огромное достижение физики и техники. Как исследователю, мне интересно внести свой вклад в понимание того, откуда возникает вычислительная сложность этих экспериментов. Мы были удивлены масштабом достигнутых усовершенствований — не часто можно заявить о найденном улучшении в миллиард раз!» – сказал Джейк Балмер.

Энтони Лейн, содиректор QET Labs и автор работы, сказал: «Поскольку мы разрабатываем более сложные технологии квантовых вычислений, работа такого типа жизненно важна. Она помогает нам понять планку, которую мы должны преодолеть, прежде чем приступить к решению проблем в области экологически чистой энергии и здравоохранения, которые касаются всех нас».