_ Îndreptarea către simularea cuantică la scară

Cercetătorii au simulat o stare cuantică cheie la una dintre cele mai mari scări raportate, cu sprijinul Programului pentru utilizatori de calcul cuantic sau QCUP, la Laboratorul Național Oak Ridge al Departamentului de Energie.

Tehnicile utilizate de echipă ar putea ajuta la dezvoltarea capacităților de simulare cuantică pentru următoarea generație de computere cuantice.

Studiul a folosit computerul H1-1 al lui Quantinuum pentru a modela o versiune cuantică a unui model matematic clasic care urmărește modul în care o boală. se raspandeste. Timpul pe computer a fost oferit de QCUP, parte a Oak Ridge Leadership Computing Facility, care acordă timp procesoarelor cuantice private din întreaga țară pentru a sprijini proiecte de cercetare.

Modelul a folosit biți cuantici sau qubiți, pentru a simula tranziția între stările active, cum ar fi infecția și stările inactive, cum ar fi moartea sau recuperarea.

„Scopul acestui studiu a fost de a lucra la construirea de capabilități pe un computer cuantic pentru a rezolva această problemă și altele ca ea, care sunt greu de calculat pe computerele convenționale”, a spus Andrew Potter, coautor al studiului și profesor asistent de fizică la Universitatea British Columbia din Vancouver.

„Acest experiment modelează încercând. pentru a orienta un sistem cuantic către o anumită stare în timp ce concurează cu fluctuațiile cuantice departe de această stare. Există un punct de tranziție în care aceste efecte concurente se echilibrează exact o fază în care direcția reușește

Cu cât sistemul iese mai departe din echilibru, cu atât este mai probabil ca versiunile clasice ale modelului să se defecteze din cauza dimensiunii și complexității ecuațiilor. Echipa de cercetare a încercat să utilizeze calculul cuantic pentru a modela acele dinamice.

Computerele clasice stochează informații în biți egali fie cu 0, fie cu 1. Cu alte cuvinte, un bit clasic, precum un întrerupător de lumină, există într-unul dintre două stări: pornit sau oprit. Această dinamică binară nu se potrivește neapărat cu modelarea stărilor de tranziție, cum ar fi cele studiate în modelul bolii.

Calculul cuantic folosește legile mecanicii cuantice pentru a stoca informații în qubiți, echivalentul cuantic al biților. Qubiții pot exista în mai multe stări simultan prin suprapunerea cuantică, ceea ce le permite qubiților să transporte mai multe informații decât biții clasici.

În suprapunerea cuantică, un qubit poate exista în două stări în același timp, similar cu un monedă care se învârte — nici cap, nici cozi pentru monedă, nici o frecvență, nici cealaltă pentru qubit. Măsurarea valorii qubitului determină probabilitatea de a măsura oricare dintre cele două valori posibile, similar cu oprirea monedei pe cap sau cozi. Această dinamică permite o gamă mai largă de valori posibile care ar putea fi folosite pentru a studia întrebări complexe, cum ar fi stările de tranziție.

Cercetătorii speră că aceste posibilități vor conduce la o revoluție cuantică care va vedea computerele cuantice depășind mașinile clasice în viteză și putere. Cu toate acestea, qubiții utilizați de mașinile cuantice actuale tind să se degradeze cu ușurință. Această dezintegrare provoacă rate mari de eroare care pot încurca rezultatele oricărui model mai mare decât o problemă de testare.

Potter și colegii săi au obținut timp prin QCUP pe computerul Quantinuum, care folosește ioni prinși ca qubiți. Ei au măsurat circuite, sau porți cuantice, pe tot parcursul cursei și au folosit o tehnică cunoscută sub numele de reciclare a qubitului pentru a elimina qubiții degradați.

„Am folosit procesorul cuantic pentru a simula un sistem în care qubiții activi au capacitatea de a activa vecinii. qubits sau devin inactiv”, a spus Potter. „Prin monitorizarea sistemului în timp real la fiecare pas și testarea pe măsură ce mergem, am putea detecta probabilitatea ca efectuarea unei porți cuantice pe un qubit să afecteze starea unui qubit și, dacă nu, să-l eliminăm din calcul. în felul acesta, evităm șansa ca erori să se strecoare.”

Echipa a stabilit că ar putea folosi abordarea pe 20 de qubiți pentru a menține erorile și pentru a simula un sistem cuantic de aproape patru ori mai mare decât această dimensiune. Ei au estimat la 70 de qubiți abordarea lor ar putea egala sau depăși capacitățile unui computer clasic.

„Este prima dată când abordarea este folosită pentru un sistem de această dimensiune”, a spus Potter.

Următorii pași includ aplicarea reciclării qubit la probleme cuantice, cum ar fi simularea proprietăților materialelor și calcularea stărilor lor de energie cea mai scăzută sau a stărilor fundamentale cuantice.

Lucrul este publicat în revista Nature Physics.

(Fluierul)