Квaнтовый симулятор посчитал физическую задачу в 100 рaз быстрee мощного кластера (212388 0i5fehijdu quantum)

Уче­ные из МФТИ, МИСиС, РКЦ, МГТУ и ВНИИА про­ве­ли экс­пе­ри­мент, в кото­ром сверх­про­вод­ни­ко­вые куби­ты симу­ли­ро­ва­ли пере­да­чу фото­нов в моде­ли Бозе — Хаб­бар­да. Чис­лен­ное реше­ние моде­ли на клас­си­че­ском ком­пью­те­ре для про­вер­ки экс­пе­ри­мен­таль­ных дан­ных, полу­чен­ных на симу­ля­то­ре за два часа, заня­ло око­ло неде­ли на 138-ядер­ном вычис­ли­тель­ном кла­сте­ре ВНИИА им. Духо­ва. Рабо­та опуб­ли­ко­ва­на в жур­на­ле Physical Review Letters.

Квaнтовый симулятор посчитал физическую задачу в 100 рaз быстрee мощного кластера (mailservice 1)
Опти­че­ская фото­гра­фия устрой­ства (ввер­ху, в лож­ном цве­те) и схе­ма экви­ва­лент­ной физи­че­ской моде­ли с бозо­на­ми, пой­ман­ны­ми в пери­о­ди­че­ский потен­ци­ал (вни­зу). Источ­ник: Physical Review Letters

Сего­дня в миро­вом науч­ном сооб­ще­стве выде­ли­лось два направ­ле­ния раз­ра­бот­ки кван­то­вых вычис­ли­те­лей: уни­вер­саль­ные кван­то­вые ком­пью­те­ры, кото­рые смо­гут выпол­нять спе­ци­а­ли­зи­ро­ван­ные алго­рит­мы во мно­го раз быст­рее, чем клас­си­че­ские ана­ло­ги, и кван­то­вые симу­ля­то­ры, кото­рые созда­ют­ся спе­ци­аль­но для реше­ния кон­крет­ных задач подоб­но инте­граль­ным схе­мам спе­ци­аль­но­го назна­че­ния (ASIC). Реа­ли­за­ция уни­вер­саль­ных вычис­ли­те­лей — гораз­до более слож­ная инже­нер­ная зада­ча, так как тре­бу­ет­ся обя­за­тель­но делать алго­рит­мы кор­рек­ции оши­бок. Для симу­ля­то­ров же глав­ное — соот­вет­ствие физи­че­ской систе­ме, для кото­рой они создаются. 

В раз­ра­бот­ке сей­час мно­го раз­лич­ных типов куби­тов. Доми­ни­ру­ю­щую роль в кван­то­вых вычис­ли­те­лях зани­ма­ют сверх­про­во­дя­щие куби­ты-транс­мо­ны. Мно­ги­ми тео­ре­ти­че­ски­ми и несколь­ки­ми экс­пе­ри­мен­таль­ны­ми рабо­та­ми было пока­за­но, что мас­си­вы куби­тов-транс­мо­нов хоро­шо под­хо­дят и для созда­ния кван­то­вых симу­ля­то­ров с целью реше­ния про­блем физи­ки кон­ден­си­ро­ван­но­го состо­я­ния, рас­че­тов мак­ро­ско­пи­че­ских и мик­ро­ско­пи­че­ских свойств веществ.

В новом иссле­до­ва­нии, про­ве­ден­ном рос­сий­ски­ми уче­ны­ми, впер­вые пока­за­но, что линей­ные мас­си­вы сверх­про­во­дя­щих куби­тов-транс­мо­нов могут симу­ли­ро­вать пере­да­чу фото­нов для изу­че­ния пере­хо­да «сверх­про­вод­ник — изо­ля­тор» в моде­ли Бозе — Хаб­бар­да. При­чем для это­го потре­бо­ва­лась срав­ни­тель­но про­стая архи­тек­ту­ра: под­клю­че­ние куби­тов к мик­ро­вол­но­вым вол­но­во­дам и про­ве­де­ние пря­мой спек­тро­ско­пии про­пус­ка­ния. Экс­пе­ри­мент пока­зал, как имен­но сверх­про­вод­ни­ко­вые симу­ля­то­ры могут помочь решать зада­чи мате­ри­а­ло­ве­де­ния и иссле­до­вать не встре­ча­ю­щи­е­ся в есте­ствен­ной при­ро­де фазы веще­ства (напри­мер, сверхтекучие).

Глеб Федо­ров, аспи­рант МФТИ, соав­тор рабо­ты, гово­рит: «Наш резуль­тат — это при­мер про­сто­го реше­ния слож­ной про­бле­мы. Ран­ние кван­то­вые симу­ля­то­ры из-за сво­их несо­вер­шенств часто стал­ки­ва­лись с про­бле­мой несо­от­вет­ствия объ­ек­ту симу­ля­ции. В этом кон­тек­сте скеп­ти­ки гово­ри­ли, что симу­ля­то­ры симу­ли­ру­ют исклю­чи­тель­но сами себя. Мы же не пыта­лись заста­вить систе­му рабо­тать про­тив сво­ей при­ро­ды, а наобо­рот нашли физи­че­скую зада­чу, мак­си­маль­но исполь­зу­ю­щую ее внут­рен­ние возможности». 

Чис­лен­ное реше­ние моде­ли на клас­си­че­ском ком­пью­те­ре для про­вер­ки экс­пе­ри­мен­таль­ных дан­ных, полу­чен­ных за два часа, заня­ло око­ло неде­ли на 138-ядер­ном вычис­ли­тель­ном кла­сте­ре ВНИИА им. Духо­ва и пока­за­ло бле­стя­щее соот­вет­ствие меж­ду тео­ри­ей и изме­ре­ни­я­ми. Этот резуль­тат, полу­чен­ный все­го лишь на пяти куби­тах-транс­мо­нах, пока­зы­ва­ет, что раз­ра­бот­ка систем с боль­шим чис­лом куби­тов поз­во­лит наблю­дать пове­де­ние моде­лей, слож­ность рас­че­та кото­рых лежит дале­ко за пре­де­ла­ми боль­шин­ства супер­ком­пью­те­ров. Сто­ит при­знать, что мето­ды рас­че­та непре­рыв­но совер­шен­ству­ют­ся, но мож­но с уве­рен­но­стью ска­зать, что про­сто­та мас­шта­би­ро­ва­ния кван­то­вых симу­ля­то­ров и экс­по­нен­ци­аль­ный рост их про­из­во­ди­тель­но­сти с чис­лом куби­тов дают им суще­ствен­ное преимущество.

Про­ве­ден­ное иссле­до­ва­ние откры­ва­ет новые гори­зон­ты как в обла­сти при­ме­не­ния кван­то­вых симу­ля­то­ров, так и в кван­то­вой опти­ке мно­го­ча­стич­ных кван­то­вых систем, про­дол­жая успеш­ные сов­мест­ные иссле­до­ва­ния лабо­ра­то­рии искус­ствен­ных кван­то­вых систем МФТИ и лабо­ра­то­рии сверх­про­во­дя­щих мета­ма­те­ри­а­лов МИСиС. Уче­ные наде­ют­ся, что даль­ней­шее сотруд­ни­че­ство поз­во­лит раз­ра­бо­тать, изго­то­вить и иссле­до­вать более круп­ные систе­мы куби­тов с необыч­ны­ми свой­ства­ми, кото­рые сей­час пред­ска­за­ны толь­ко в тео­ре­ти­че­ских работах.

0 комментариев
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии