Квантовый компьютер сможет решить задачу, объем данных которой больше Вселенной

Ученые из Университета науки и технологий Китая создали устройство, которое может моделировать движение электронов внутри твердотельного материала. Это исследование демонстрирует потенциал квантовых компьютеров, способных превзойти даже самые мощные суперкомпьютеры, передает Interesting Engineering.

Исследователи убедились в том, что возможности квантовых симуляторов превосходят возможности классических компьютеров. Это значит, что прорыв в квантовых вычислениях — не за горами.

Симуляторы предназначены для решения конкретных научных задач, которые слишком сложны, чтобы делегировать их классическим суперкомпьютерам. Так, ученые взялись за моделирование фермионной модели Хаббарда (FHM), описывающей движение электронов внутри решеток. Данную модель предложил британский физик Джон Хаббард в 1963 году. Однако, несмотря на ее важность для объяснения высокотемпературной сверхпроводимости, FHM трудно смоделировать из-за ее сложности. Кроме того, для этой модели не существует точного решения в двух или трех измерениях, и даже самые мощные суперкомпьютеры с трудом могут исследовать все ее параметры из-за высоких вычислительных требований. К примеру: для моделирования движения 300 электронов с помощью суперкомпьютера потребуется место для хранения информации, превышающее количество атомов во Вселенной.

Квантовое моделирование использует ультрахолодные фермионные атомы в оптических решетках для построения низкотемпературной фазовой диаграммы FHM. Однако предыдущие эксперименты по квантовому моделированию имели проблемы в реализации антиферромагнитного фазового перехода из-за сложности охлаждения фермионных атомов и неоднородности, вносимой стандартными лазерами на решетке с гауссовым профилем. Чтобы решить их, команда объединила методы оптимизации машинного обучения со своей предыдущей работой над однородными ферми-сверхжидкостями. Это позволило создать оптические решетки с равномерным распределением интенсивности, достичь сверхнизких температур и разработать новые методы измерений для точной характеристики состояний квантового симулятора.

Кульминацией исследования стало наблюдение перехода материала из парамагнитного состояния (слабо притягивающегося к магниту) в антиферромагнитное состояние (в значительной степени нечувствительного к магниту). Это открытие может способствовать пониманию механизмов высокотемпературной сверхпроводимости.

"Как только мы полностью поймем физические механизмы высокотемпературной сверхпроводимости, мы сможем масштабировать разработку, производство и применение новых высокотемпературных сверхпроводящих материалов, что потенциально совершит революцию в таких областях, как передача электроэнергии, медицина и суперкомпьютеры", — заявили исследователи.

Этот прорыв знаменует собой значительный шаг вперед в исследованиях квантовых вычислений и может внести огромный вклад в разработку специализированных квантовых симуляторов для решения научных проблем, выходящих за рамки возможностей классических суперкомпьютеров.

Ранее мы сообщали, что квантовый чип поможет производить вычисления, на которые у суперкомпьютеров ушли бы годы. В компании Oxford Ionics уверены, что полезный квантовый компьютер станет доступен миру в ближайшие три года.