Квантовий комп'ютер зможе вирішити задачу, обсяг даних якої більший за Всесвіт

Вчені з Університету науки і технологій Китаю створили пристрій, який може моделювати рух електронів всередині твердотільного матеріалу. Це дослідження демонструє потенціал квантових комп'ютерів, здатних перевершити навіть найпотужніші суперкомп'ютери, передає Interesting Engineering.

Дослідники переконалися в тому, що можливості квантових симуляторів перевершують можливості класичних комп'ютерів. Це означає, що прорив у квантових обчисленнях — не за горами.

Симулятори призначені для вирішення конкретних наукових завдань, які занадто складні, щоб делегувати їх класичним суперкомп'ютерам. Так, учені взялися за моделювання ферміонної моделі Габбарда (FHM), що описує рух електронів усередині решіток. Цю модель запропонував британський фізик Джон Габбард 1963 року. Однак, незважаючи на її важливість для пояснення високотемпературної надпровідності, FHM важко змоделювати через її складність. Крім того, для цієї моделі не існує точного рішення у двох або трьох вимірах, і навіть найпотужніші суперкомп'ютери ледве можуть досліджувати всі її параметри через високі обчислювальні вимоги. Наприклад: для моделювання руху 300 електронів за допомогою суперкомп'ютера знадобиться місце для зберігання інформації, що перевищує кількість атомів у Всесвіті.

Квантове моделювання використовує ультрахолодні ферміонні атоми в оптичних решітках для побудови низькотемпературної фазової діаграми FHM. Однак попередні експерименти з квантового моделювання мали проблеми в реалізації антиферомагнітного фазового переходу через складнощі охолодження феріонних атомів і неоднорідність, яку вносять стандартні лазери на решітці з гаусовим профілем. Щоб вирішити їх, команда об'єднала методи оптимізації машинного навчання зі своєю попередньою роботою над однорідними фермі-надрідинами. Це дало змогу створити оптичні решітки з рівномірним розподілом інтенсивності, досягти наднизьких температур і розробити нові методи вимірювань для точної характеристики станів квантового симулятора.

Кульмінацією дослідження стало спостереження переходу матеріалу з парамагнітного стану (слабко притягується до магніту) в антиферомагнітний стан (значною мірою нечутливий до магніту). Це відкриття може сприяти розумінню механізмів високотемпературної надпровідності.

"Щойно ми повністю зрозуміємо фізичні механізми високотемпературної надпровідності, ми зможемо масштабувати розробку, виробництво і застосування нових високотемпературних надпровідних матеріалів, що потенційно здійснить революцію в таких галузях, як передання електроенергії, медицина і суперкомп'ютери", — заявили дослідники.

Цей прорив знаменує собою значний крок уперед у дослідженнях квантових обчислень і може внести величезний внесок у розробку спеціалізованих квантових симуляторів для розв'язання наукових проблем, які виходять за рамки можливостей класичних суперкомп'ютерів.

Раніше ми повідомляли, що квантовий чіп допоможе проводити обчислення, на які у суперкомп'ютерів пішли б роки. У компанії Oxford Ionics впевнені, що корисний квантовий комп'ютер стане доступним світу в найближчі три роки.