Исследователи предложили новый подход к оценке уровня ошибок в квантовых компьютерах без необходимости длительного моделирования на классических вычислительных устройствах. Этот метод представляет собой значительное достижение в развитии технологии квантовых вычислений, которая обладает значительным потенциалом для решения широкого спектра сложных задач в разных сферах.
Квантовые компьютеры имеют ряд отличий от своих классических собратьев, в том числе и в характере возникающих ошибок. Для выявления этих ошибок традиционно использовались классические вычислительные устройства, моделирующие работу квантовых систем. Однако, по мере усложнения квантовых вычислительных устройств, время, затрачиваемое на их моделирование классическими компьютерами, значительно возрастает и может достигать нескольких лет.
Новый метод, детально описанный в публикации исследователей из Калифорнийского технологического института, опубликованной в журнале Nature, позволяет отказаться от необходимости полного моделирования. Команда ученых использовала упрощенный вид квантового компьютера, известный как квантовый симулятор. Он применяет атомы Ридберга, которые управляются с помощью лазерных лучей для создания запутанности — ключевого свойства квантовых компьютеров. Благодаря запутанности атомы могут быть связаны, даже если они физически разделены, создавая систему высокой сложности. Считается, что именно эта сложность делает квантовые компьютеры способными решать определенные задачи быстрее, чем это делают классические компьютеры. Однако моделирование квантовых систем с большим числом запутанных атомов становится слишком сложным для классических компьютеров. “После 30 атомов все выходит из-под контроля”, — объясняет один из соавторов работы. “Чем больше атомов и запутанности, тем более сложными становятся вычисления”.
Их 60-кубитовый квантовый симулятор превышает возможности классического моделирования. В качестве решения исследователи разработали новый подход на основе классического компьютерного моделирования с различными уровнями запутанности. Это они сравнивают с процессом рисования Моны Лизы: квантовый компьютер способен рисовать эффективно, однако с ошибками, размывающими изображение. Классическим компьютерам, не обладающим достаточной тонкостью, требуются более грубые “кисти”, неспособные передать все детали. Как поступили исследователи? Они провели множество классических симуляций, используя все более тонкие “кисти” и затем оценили идеальное изображение на основе этих симуляций. Таким образом они смогли сравнить результаты работы квантового компьютера и определить его ошибки.
Используя этот метод, исследователи установили, что их 60-кубитный симулятор обладает уровнем ошибок в 91% (точностью в 9%). Хотя такая цифра может показаться низкой, она является довольно высокой для современных квантовых компьютеров.
По материалам:
ferra
