Показать меню
12 май 13:32Политика

Квантовый симулятор за два часа решил задачу, занявшую неделю работы мощного вычислительного кластера

Квантовый симулятор за два часа решил задачу, занявшую неделю работы мощного вычислительного кластера

Ученые из Московского физико-технического института, МИСиС, Российского квантового центра, Московского государственного технического университета имени Н. Э. Баумана и Всероссийского научно-исследовательского института автоматики имени Н. Л. Духова провели эксперимент, в котором сверхпроводниковые кубиты симулировали передачу фотонов в модели Бозе — Хаббарда. Численное решение модели на классическом компьютере для проверки экспериментальных данных, полученных на симуляторе за два часа, заняло около недели на 138-ядерном вычислительном кластере ВНИИА им. Духова. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters, кратко о полученных результатах сообщила пресс-служба МФТИ.

Сейчас существуют два направления разработки квантовых вычислителей: универсальные квантовые компьютеры, которые смогут выполнять специализированные алгоритмы во много раз быстрее, чем классические аналоги, и квантовые симуляторы, которые создаются специально для решения конкретных задач подобно интегральным схемам специального назначения (ASIC). Реализация универсальных вычислителей — гораздо более сложная инженерная задача, так как требуется обязательно делать алгоритмы коррекции ошибок. Для симуляторов же главное — соответствие физической системе, для которой они создаются.

Доминирующую роль в квантовых вычислителях играют сверхпроводящие кубиты-трансмоны. Многими теоретическими и несколькими экспериментальными работами было показано, что массивы кубитов-трансмонов хорошо подходят и для создания квантовых симуляторов с целью решения проблем физики конденсированного состояния, расчетов макроскопических и микроскопических свойств веществ.

В новом исследовании, проведенном российскими учеными, впервые показано, что линейные массивы сверхпроводящих кубитов-трансмонов могут симулировать передачу фотонов для изучения перехода «сверхпроводник — изолятор» в модели Бозе — Хаббарда. Причем для этого потребовалась сравнительно простая архитектура: подключение кубитов к микроволновым волноводам и проведение прямой спектроскопии пропускания. Эксперимент показал, как именно сверхпроводниковые симуляторы могут помочь решать задачи материаловедения и исследовать не встречающиеся в естественной природе фазы вещества (например, сверхтекучие).

Численное решение модели на классическом компьютере для проверки экспериментальных данных, полученных за два часа, заняло около недели на 138-ядерном вычислительном кластере ВНИИА им. Духова и показало блестящее соответствие между теорией и измерениями. Этот результат, полученный всего лишь на пяти кубитах-трансмонах, показывает, что разработка систем с большим числом кубитов позволит наблюдать поведение моделей, сложность расчета которых лежит далеко за пределами большинства суперкомпьютеров.

Проведенное исследование открывает новые горизонты как в области применения квантовых симуляторов, так и в квантовой оптике многочастичных квантовых систем, продолжая успешные совместные исследования лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ и лаборатории сверхпроводящих метаматериалов МИСиС. Ученые надеются, что дальнейшее сотрудничество позволит разработать, изготовить и исследовать более крупные системы кубитов с необычными свойствами, которые сейчас предсказаны только в теоретических работах.

По материалам: polit
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Введите два слова, показанных на изображении: *
Лента новостей
Маори, возможно, достигли Антарктиды на тысячу лет раньше европейцев12:32Череп древнего крокодила более 140 лет ждал научного описания10:48Таинственный вид скальных летяг разделили на три вида16:48Диметилсульфоксид помешает кристаллам блокировать трубы нефте- и газопроводов13:16Похожая на Нептун планета обнаружена у красного карлика11:00Серый кит добрался до Намибии от берегов Сахалина15:32Отказ от изучения математики негативно влияет на развитие мозга14:48Проведя 24 тысячи лет в сибирской вечной мерзлоте, коловратки остались живы и способны размножаться15:32«Электронный нос» определит токсичный газ всего по 30 молекулам13:32В Израиле найдены руины римской базилики10:48В Китае стадо диких слонов уже три месяца идет на север по неизвестной причине16:48Жители Карелии времен мезолита плясали под аккомпанемент подвесок из лосиных зубов13:48Из-за курения человечество ежегодно теряет 200 миллионов лет жизни13:32Палеонтологи США надеются, что президент Байден восстановит охраняемые территории с уникальными окаменелостями16:32Зонд «Юнона» приблизится к спутнику Юпитера Ганимеду14:00Человек способен освоить эхолокацию за десять недель13:00Пауки научились избегать муравейников при помощи химической чувствительности13:32Прочитан геном нелающей породы собак15:00