Google нашел простой способ решать задачи классической физики с помощью квантовых компьютеров
Фото: new-science.ru
Один из#nbsp;главных вопросов, связанных с#nbsp;квантовыми вычислениями,#nbsp;— как их#nbsp;можно применить на#nbsp;практике. Исследователи Google вполне могут дать ответ на#nbsp;этот вопрос. Они разработали систему, которая позволяет решать задачи классической физики с#nbsp;помощью квантовых компьютеров, предварительно переведя их#nbsp;с#nbsp;помощью мощного алгоритма.
Квантовые вычисления, долгое время считавшиеся научной фантастикой, в#nbsp;настоящее время находятся в#nbsp;центре исследований многих компаний и#nbsp;лабораторий. В#nbsp;Google команда под руководством Райана Баббуша недавно разработала алгоритм, который переводит классические физические задачи так, чтобы их#nbsp;могли обрабатывать квантовые компьютеры.
Одна из#nbsp;ключевых особенностей этого алгоритма заключается в#nbsp;том, что он#nbsp;ускоряет динамику определенных классических систем на#nbsp;квантовом компьютере. Другими словами, некоторые вычисления, которые требуют чрезвычайно много времени для выполнения на#nbsp;классическом компьютере, могут быть выполнены гораздо быстрее на#nbsp;квантовом компьютере. «Существует важный класс классических систем, динамика моделирования которых на#nbsp;квантовом компьютере может быть ускорена экспоненциально»,#nbsp;— говорит один из#nbsp;исследователей. Исследование представлено в#nbsp;журнале Physical Review X.
Преобразование физических задач в#nbsp;квантовый формат
Новый алгоритм работает путем реструктуризации классических физических задач таким образом, чтобы они соответствовали формату, который может быть понят и#nbsp;эффективно обработан квантовыми компьютерами. Для этого Баббуш и#nbsp;его команда сосредоточились на#nbsp;системе шаров, соединенных пружинами#nbsp;— модели, которая позволяет упрощенно представить поведение сложных физических систем. Эта модель может быть использована для описания различных явлений, таких как динамика материалов под напряжением или движение частиц. В#nbsp;этой конфигурации шарики представляют собой массы или объекты, а#nbsp;пружины#nbsp;— силы, действующие между ними. Закон Гука, который описывает силу, необходимую для растяжения или сжатия пружины, часто используется в#nbsp;моделях такого типа.
Баббуш и#nbsp;его команда обнаружили, что математические уравнения, описывающие эти классические системы шаров и#nbsp;пружин, могут быть переведены или переформулированы на#nbsp;язык квантовой механики. Их#nbsp;метод использует специфическую форму уравнения Шрёдингера, фундаментального уравнения квантовой физики. Таким образом, им#nbsp;удалось найти соответствие между классическими моделями и#nbsp;квантовыми концепциями. Преобразование заключается в#nbsp;переформулировании параметров классической физики и#nbsp;выражении их#nbsp;в#nbsp;виде кубитов.
Гибкий алгоритм
Баббуш отмечает, что многие физические задачи, в#nbsp;том числе связанные с#nbsp;волновыми явлениями, могут быть описаны с#nbsp;помощью конфигурации шаров и#nbsp;пружин (о#nbsp;которой говорилось ранее). Поэтому эта модель применима не#nbsp;только к#nbsp;простым механическим ситуациям, но и#nbsp;к#nbsp;более сложным системам. В#nbsp;качестве примера он#nbsp;приводит карты нейронной активности (которые представляют собой электрическую активность в#nbsp;мозге) и#nbsp;отражение света от#nbsp;поверхности. Это означает, что существует широкий спектр проблем, которые могут быть преобразованы для обработки в#nbsp;квантовой области.
С#nbsp;точки зрения эффективности, алгоритм будет способен справиться с#nbsp;набором задач, относящихся к#nbsp;так называемому классу «P». В#nbsp;контексте теории сложности вычислений к#nbsp;классу P#nbsp;относятся задачи, которые могут быть быстро решены квантовыми компьютерами.