Команда учёных из Центра вычислительной квантовой физики (CCQ) Института Флэтайрон недавно поделилась причинами своего успеха в решении задачи, ранее считавшейся прерогативой квантовых компьютеров, с использованием обычного компьютера. В их исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters, показано, что специфическая двумерная квантовая система переворачивающихся магнитов демонстрирует поведение, ранее замеченное только в одномерных системах.
Это удивительное открытие имеет важное значение для лучшего понимания границ возможностей квантовых и классических вычислений. Ведущий автор работы, Джозеф Тиндалл, научный сотрудник CCQ, отметил: «Существует рубеж, который разделяет возможности квантовых вычислений и традиционных классических компьютеров. Наш проект помогает пролить свет на этот рубеж».
Квантовые компьютеры, основывающиеся на принципах квантовой механики, обещают значительные преимущества в вычислительных возможностях и скорости по сравнению с классическими аналогами. Однако технология квантовых вычислений всё ещё на ранних стадиях развития, и учёные продолжают исследовать области, в которых квантовые компьютеры могут иметь превосходство.
Исследователи IBM в июне 2023 года опубликовали статью в журнале Nature, в которой подробно описали эксперимент по моделированию массива крошечных переворачивающихся магнитов, поведение которого меняется со временем. Они утверждали, что подобная симуляция возможна исключительно на квантовом компьютере. Однако Тиндалл и его коллеги, используя новые алгоритмы, смогли решить эту задачу с помощью классических компьютеров всего за две недели, доказав, что её можно решить даже при помощи смартфона.
Тиндалл и его соавтор Драйс Селс из Института Флэтайрон и Нью-Йоркского университета затем изучили причины, по которым данная система легко решается с помощью классического компьютера. Они выяснили, что в системе существует ограничение, которое может возникать в определённых условиях в замкнутых квантовых системах, снижающее уровень запутанности и позволяющее описать проблему классическими методами.
Тиндалл пояснил: «В этой системе магниты не имеют тенденции к случайному перемещению. Скорее, они совершают определённые колебания вокруг своей изначальной позиции, даже в течение длительных периодов времени. Это имеет значительный интерес для физики, так как указывает на сохранение специфической структуры состояния системы, а не на хаотичное поведение».
По данным исследования, такие ограничения могут встречаться и в других двумерных квантовых системах. Модель, созданная Тиндаллом и Селсом, представляет собой ценный инструмент для изучения физики, происходящей в этих системах. Более того, разработанный ими код может использоваться для сравнительного анализа при создании новых симуляций других квантовых задач.
Эти исследования значительно расширяют понимание границ возможностей квантовых и классических компьютеров и закладывают основы для разработки новых квантовых симуляций. Тиндалл отметил: «Одним из крупных открытых вопросов в квантовой физике остаётся понимание того, когда запутанность быстро нарастает, а когда нет. Этот эксперимент иллюстрирует пример, где запутанности в широких масштабах избежать удалось благодаря модели и структуре процесса в двумерной квантовой системе».
Источник: iXBT
