Группа российских учёных показала эффективное решение физической задачи на квантовом симуляторе. Симулятор всего из пяти кубитов многократно ускорил получение результата, на обработку математической модели которого 138-ядерный вычислительный кластер потратил около семи суток. Симулятор не может стать универсальным квантовым компьютером, но доказывает свою эффективность для решения специфических задач в физике и не только.
Работа группы исследователей из НИТУ «МИСиС», МФТИ, РКЦ, МГТУ им. Н. Э. Баумана и ВНИИА им. Духова опубликована в издании Physical Review Letters. В процессе проведения эксперимента физики показали, что линейные массивы сверхпроводящих кубитов-трансмонов могут быть использованы для изучения перехода «сверхпроводник — изолятор» в модели Бозе-Хаббарда. Для этого к линейному волноводу последовательно подсоединили пять сверхпроводящих кубитов со значительно пониженной чувствительностью к зарядовому шуму.
В представленной системе работу кубитов можно настроить таким образом, что они будут имитировать поведение фотонов или других бозонов согласно модели Бозе-Хаббарда. Фактически методом простого наблюдения (прямой спектроскопии) можно определить и просчитать поведение большого числа частиц за относительно короткое время.
Полученные в ходе опыта данные позднее были полностью подтверждены расчётами на мощном компьютерном кластере. Но если симулятору понадобилось всего два часа для получения результата, то кластер выдал данные лишь после почти семи дней непрерывных расчётов. А если создать квантовый симулятор из большего числа кубитов, то обычный суперкомпьютер может вообще не справиться с решением задачи в разумные сроки.
Представленная и испытанная российскими учёными система квантового симулятора выдаёт решения задачи, которая может помочь в разработке новых сверхпроводящих материалов и, в частности, обещает продвинуться с поиском материалов для квантовых вычислительных систем. По сути, квантовый симулятор может стать первым шагом по направлению к универсальным квантовым вычислителям, хотя для решения многих насущных задач материаловедения он и так хорош сам по себе.
