;
Наука 26 января 2022

Ученые взяли «отпечатки пальцев» у шума в квантовых вычислениях

Далее

Исследователи постоянно экспериментируют со способами решения проблемы фонового шума в вычислениях квантовых компьютеров. Группа ученых из Чикагского университета и Университета Пердью предложила новый метод: вместо того, чтобы пытаться измерить шум напрямую, они создали его уникальный «отпечаток пальца» на квантовом компьютере.

Новый подход, по их словам, дает возможность использовать шум в интересах исследователей.

«Мы задались вопросом: что нужно сделать, чтобы перестать бороться с шумом и обратить его во благо?» — рассказал Дэвид Мацциотти, профессор кафедры химии Института Джеймса Франка и соавтор исследования.

«Свежий подход»

Квантовые компьютеры основаны на законах поведения частиц на атомном уровне. На этом уровне частицы подчиняются набору очень странных правил: они могут находиться в двух разных состояниях одновременно или даже «запутаться» в пространстве. Ученые надеются использовать квантовые компьютеры для лучшего понимания законов естественного мира.

Но, несмотря на значительный прогресс в технологии квантовых вычислений за последнее десятилетие, вычислительные возможности не оправдали надежд ученых. Многие предполагали, что увеличение количества компьютерных битов — кубитов — поможет смягчить проблему фонового шума. Но, поскольку шум ограничивает точность исследований, ученые до сих пор не смогли выполнить многие из тех вычислений, которые им хотелось бы.

«Мы подумали, что пришло время для нового подхода», — заявил соавтор исследования Сабер Кейс, профессор физики и химии в Университете Пердью.

Раньше ученые пытались понять влияние шума путем прямого измерения шума в каждом «кубите». Но каталогизировать такие дискретные изменения сложно, и, по мнению группы исследователей, это, возможно, не всегда самый эффективный путь.

«Довольно часто в физике легче понять общее поведение системы, чем знать, что делает каждая ее часть. Например, трудно смоделировать, как себя ведет конкретная молекула в стакане воды. Гораздо проще предсказать поведение целого стакана», — рассказал Зихуан Ху, научный сотрудник Университета Пердью.

Они выбрали конкретное вычисление молекулы, демонстрирующей квантовое поведение, и запустили ее симуляцию на квантовом компьютере. Затем они несколько раз изменили настройки и отследили то, как менялся шум.

«Соединив все результаты вместе, мы создали тот самый “отпечаток пальца” шума», — рассказал Мацциотти.

Ху объяснил, что вычисление уже хорошо известной молекулы помогло выявить специфические эффекты шума.

«Мы очень мало знаем о квантовых компьютерах и шуме, но мы очень хорошо знаем, как ведет себя эта молекула при возбуждении», — отметил Ху.

Авторы надеются, что эта информация поможет исследователям разработать новые способы коррекции шума. По словам Мацциотти, она может даже подсказать, как сделать шум полезным.

«Мы до сих пор не знаем точно, для каких задач квантовые компьютеры будут наиболее полезны. Но мы надеемся, что наш взгляд на шум откроет новые возможности для моделирования молекул с помощью квантовых устройств», — заключил Мацциотти.


Читать далее

Посмотрите на первый в мире одноступенчатый орбитальный корабль будущего

Три года ученые считали, что на юге Марса есть вода. Оказалось, это не так

Гиперзвуковой самолет на водороде развивает скорость до 12 Махов. Это почти 15 000 км/ч