Гібридний квантовий комп’ютер із резонаторами теоретично скоротить обчислення в 1000 разів

Науковці з Королівського коледжу Лондона описали архітектуру гібридного квантового комп’ютера, у якій кубіти працюють разом із мікрохвильовими резонаторами. За підрахунками авторів, для моделювання частинок різних типів така схема потребує приблизно в тисячу разів менше обчислень. Групу очолювала Елеонор Крейн, про розробку пише ScienceAlert, а статтю опубліковано в журналі Physical Review X.

Чому квантові машини досі кепсько моделюють бозони

Усі частинки поділяють на ферміони та бозони. Електрони й протони належать до перших, фотони, тобто кванти світла, — до других. Квантові комп’ютери вже непогано відтворюють ферміони, проте для коректного опису бозонів їм потрібно набагато більше кубітів.

Додає складності й висока чутливість самих кубітів. Що масштабніша система, то важче стримувати помилки, які в ній виникають. Саме тому точно розрахувати поведінку багатьох пов’язаних частинок для хімії та створення нових матеріалів поки що не виходить.

Як гібридний квантовий комп’ютер ділить навантаження

Резонатор — це невеликий пристрій, усередині якого виникають коливальні електромагнітні поля. Його можна застосовувати для збереження квантової інформації та точного відтворення бозонів. У новій схемі частину роботи беруть на себе резонатори, тож кубітам не доводиться імітувати все самотужки.

Автори вважають, що завдяки цьому стануть доступними наукові задачі, які не під силу звичайним суперкомп’ютерам.

Що змоделювали для перевірки ідеї

Дослідники промоделювали кілька фізичних систем. Серед них — beamsplitter, пристрій, що розділяє або об’єднує промені світла. Крім того, вони розглянули спрощені моделі з двома просторовими вимірами й одним часовим.

Такі двовимірні конструкції не відображають світ повністю, але дають змогу вивчати процеси, від яких залежить створення реальних матеріалів.

Де нова архітектура може знадобитися

За даними джерела, схема відкриває шлях до таких напрямів:

• вивчення надпровідників — матеріалів, які проводять струм без опору;
• розроблення ефективніших сонячних панелей;
• створення систем зберігання енергії;
• пошук нових ліків.

Усі ці задачі спираються на складні квантові процеси, які навіть найпотужніші класичні комп’ютери не можуть розрахувати точно.

Менше операцій, менше збоїв — але лише на папері

У традиційних квантових комп’ютерів помилки швидко накопичуються, бо потрібно виконати величезну кількість операцій. Гібридна схема скорочує їх число, тому результати мають бути надійнішими, а на виявлення помилок і захист даних піде менше ресурсів.

Чекати на масивні машини з повною корекцією помилок теж не потрібно: кубіти й резонатори вже існують, а вимоги до точності операцій наближені до можливостей сучасних пристроїв. Утім, розробка залишається теоретичною, і її ефективність ще мають підтвердити експерименти. Якщо це станеться, квантові обчислення швидше дійдуть до практичної хімії, фізики та матеріалознавства.