Научная команда под руководством доктора Хян-Таг Лима из Центра квантовых технологий Корейского института науки и технологий (KIST) разработала квантовый вычислительный алгоритм, способный с химической точностью определять межатомные расстояния и основное состояние энергии, используя меньше ресурсов, чем традиционные методы. Этот значимый шаг в области вычислительных технологий нашел отражение в журнале Science Advances.
Квантовые компьютеры сталкиваются с проблемой быстрого накопления ошибок по мере расширения вычислительных задач. Для решения этой задачи был предложен метод Variational Quantum Eigensolver (VQE), который совмещает возможности классических и квантовых компьютеров. VQE — это гибридный алгоритм, использующий совместную обработку данных квантовыми (QPU) и классическими (CPU) процессорами для более быстрого выполнения вычислений. Однако, современные реализации VQE на базе кубитов зачастую сопровождаются ошибками, затрудняющими их масштабирование.
Команда доктора Лима применила вместо кубитов более многомерную форму квантовой информации — кудиты. Кудит — это квантовая единица, способная находиться в нескольких состояниях, включая 0, 1 и 2, что превосходит стандартные состояния 0 и 1, использующиеся в кубитах. Это нововведение позволило проводить более сложные квантовые расчеты. Кудиты в данном исследовании реализовывались через орбитальный угловой момент одного фотона, где размерное увеличение достигалось регулированием фаз фотонов с помощью голографических изображений. Это дало возможность выполнять многомерные вычисления с меньшими ошибками и без сложных квантовых вентилей.
Применив этот подход, группа провела квантово-химические расчеты с использованием VQE, чтобы оценить длину связей между молекулами водорода в четырех измерениях и молекулами гидрида лития (LiH) в 16 измерениях. Это первое успешное осуществление 16-мерных расчетов в фотонных системах. В отличие от традиционных VQE, требующих специальных методов коррекции ошибок для достижения химической точности, версия VQE от команды KIST достигла такой точности без необходимости в дополнительных коррекциях.
«Разработка квантовых вычислений на основе кудитов, способных с меньшими затратами ресурсов достигать химической точности, открывает перспективы их применения в прикладных сферах, таких как разработка новых медикаментов и улучшение аккумуляторов,» — отметил доктор Хян-Таг Лим из KIST. Эта технология также может сыграть ключевую роль в решении сложных задач, включая моделирование климатических процессов.
Источник: iXBT
