_ Simulări care evoluează cu calculul cuantic

Deși „oscilațiile cuplate” ar putea să nu sune familiare, ele sunt peste tot în natură. Termenul „oscilatoare armonice cuplate” descrie sisteme de mase și arcuri care interacționează, dar utilitatea lor în știință și inginerie nu se termină aici. Ei descriu sisteme mecanice precum punți, legăturile dintre atomi și chiar efectele gravitaționale ale mareelor ​​dintre Pământ și Lună. Înțelegerea unor astfel de probleme ne permite să analizăm o gamă largă de sisteme, de la chimie la inginerie la știința materialelor și nu numai.

Reprezentate în mod clasic printr-un model cu bile și arc, sistemele oscilatoare cuplate devin din ce în ce mai complexe pe măsură ce se adaugă mai mulți oscilatori. . Cu un nou algoritm cuantic creat parțial de către Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) și profesorul Nathan Wiebe de la Universitatea din Toronto, simularea unor astfel de sisteme complexe de oscilator cuplat este acum mai rapidă și mai eficientă. Aceste rezultate au fost publicate în Physical Review X.

În parteneriat cu cercetătorii de la Google Quantum AI și de la Universitatea Macquarie din Sydney, Australia, Wiebe a dezvoltat un algoritm pentru simularea sistemelor de mase și arcuri cuplate pe computere cuantice. Cercetătorii au furnizat apoi dovezi ale avantajului exponențial al noului algoritm față de algoritmii clasici.

Această accelerare a fost posibilă prin maparea dinamicii oscilatoarelor cuplate la o ecuație Schrödinger - omologul cuantic al unei ecuații newtoniene clasice. De acolo, sistemul ar putea fi simulat folosind metode hamiltoniene.

În esență, această abordare permite oamenilor de știință să exprime dinamica oscilatoarelor cuplate folosind mult mai puțini biți cuantici decât metodele tradiționale. Cercetătorii pot simula apoi sistemul folosind exponențial mai puține operațiuni.

Poate cel mai intrigant aspect al muncii lor apare din întrebarea dacă acest algoritm oferă într-adevăr o accelerare exponențială față de toți algoritmii obișnuiți posibili. În primul rând, autorii au arătat că acest algoritm funcționează în ambele sensuri: că oscilatorii armonici cuplati pot fi utilizați pentru a simula un computer cuantic arbitrar.

Aceasta înseamnă că, la un nivel înalt, sisteme foarte mari de mase și arcuri care interacționează poate conține în ele o putere de calcul echivalentă cu un computer cuantic.

În al doilea rând, autorii au luat în considerare constrângerile teoretice în jurul calculului acestor dinamici. Dacă ar exista o modalitate de a simula această dinamică în timp polinomial pe computerele existente, atunci cercetătorii ar putea construi o metodă mai rapidă de simulare a calculatoarelor cuantice. Totuși, acest lucru ar dovedi că computerele cuantice nu sunt în esență mai puternice decât computerele clasice.

Dovezile acumulate de-a lungul anilor arată că este excepțional de puțin probabil ca computerele clasice să fie la fel de puternice din punct de vedere calitativ ca computerele cuantice. Astfel, această lucrare oferă un argument convingător că acest algoritm oferă o accelerare exponențială, precum și o demonstrație clară a unei legături noi și subtile între dinamica cuantică și umilul oscilator armonic.

„Foarte puține clase noi de demonstrabile Au fost dezvoltate accelerații exponențiale ale calculelor clasice”, a spus Wiebe. „Munca noastră oferă un avantaj computațional semnificativ pentru o gamă largă de probleme din inginerie, neuroștiință și chimie.”

(Fluierul)

Inapoi