Ученые працюють над тим, щоб привнести властивості квантових комп’ютерів у класичні комп’ютери

Група вчених з Лінчепінзького університету змогла продемонструвати, як працює квантовий комп’ютер, і вони змогли симулювати властивості квантового комп’ютера на класичному комп’ютері.

«Наші результати повинні бути дуже важливими для визначення того, як будувати квантовий комп’ютер», – сказав професор Ян-Оке Ларссон.

Швеція, Європа та інші частини світу вкладають великі ресурси і фокусують дослідження на створенні надшвидких потужних квантових комп’ютерів. За десять років очікується будівництво шведського квантового комп’ютера, а ЄС вважає квантову технологію одним із своїх основних проєктів.

Наразі у нас є лише кілька корисних алгоритмів, які можна використовувати для квантових комп’ютерів. Хоча це так, ця технологія буде дуже важливою для симуляцій біологічних, хімічних та фізичних систем. Багато з них надто складні для найпотужніших комп’ютерів, які у нас є зараз. У комп’ютері біт може мати значення 0 або 1, але квантовий біт може мати всі значення між ними. Це означає, що квантові комп’ютери не потребують такої кількості операцій для кожного розрахунку, який виконується.

Професор Ян-Оке Ларссон і його аспірант Ніклас Йоганссон з Відділу інформаційного кодування факультету електротехніки Лінчепінзького університету змогли з’ясувати багато чому квантовий комп’ютер потужніший за класичний. Вони також дослідили, що відбувається всередині квантового комп’ютера.

Результати дослідження були опубліковані в науковому журналі Entropy.

«Ми показали, що головна різниця полягає в тому, що квантові комп’ютери мають два ступені свободи для кожного біта. Симулюючи додатковий ступінь свободи в класичному комп’ютері, ми можемо виконувати деякі алгоритми з такою ж швидкістю, яку вони мали б у квантовому комп’ютері», – сказав Ян-Оке Ларссон.

Команда створила інструмент симуляції під назвою Quantum Simulation Logic, або QSL. Він дозволяє їм симулювати роботу квантового комп’ютера на класичному комп’ютері. Quantum Simulation Logic має одну особливу властивість, і це єдина властивість, яку має квантовий комп’ютер, а не класичний комп’ютер. Це додатковий ступінь свободи для кожного біта, який бере участь у розрахунку.

«Таким чином, кожен біт має два ступені свободи: його можна порівняти з механічною системою, в якій кожна частина має два ступені свободи – позицію та швидкість. У цьому випадку ми маємо справу з бітами, які несуть інформацію про результат функції, і фазові біти, які несуть інформацію про структуру функції», – пояснює Ян-Оке Ларссон.

Інструмент QSL був використаний командою для вивчення деяких квантових алгоритмів, які відповідають за управління структурою функції. Багато з цих алгоритмів так само швидкі в симуляціях, як і в квантовому комп’ютері.

«Результат показує, що вища швидкість у квантових комп’ютерах пояснюється їх здатністю зберігати, обробляти та відновлювати інформацію в одному додатковому ступені свободи. Це дозволяє нам краще зрозуміти, як працюють квантові комп’ютери. Крім того, ця інформація повинна полегшити будівництво квантових комп’ютерів, оскільки ми знаємо, яка властивість найважливіша для того, щоб квантовий комп’ютер працював так, як очікується», – сказав Ян-Оке Ларссон.

Команда також створила фізичну версію з електронними компонентами. Вони використовували ворота, подібні до тих, які використовуються в квантових комп’ютерах, і інструмент симуляції імітує роботу квантового комп’ютера. Це дозволить студентам і іншим людям симулювати та розуміти, як працює квантовий комп’ютер, серед іншого.

Це нове дослідження може додати до зростаючого перетину між квантовими обчисленнями та штучним інтелектом. Одним з цих перетинів є відображення особливостей. Інші дослідження, проведені IBM Research, MIT і Оксфордськими вченими, показали, що коли квантові комп’ютери стануть більш потужними, вони зможуть виконувати відображення особливостей на висококомплексних даних, чого не можуть зробити класичні комп’ютери. Відображення особливостей важливе в машинному навчанні, і воно може привести до більш ефективного штучного інтелекту, який зможе визначати закономірності в даних, яких не можуть виявити класичні комп’ютери.

По мірі проведення все більшої кількості досліджень у цих галузях буде все більше перетину між цими двома важливими областями.