Свойства экзотической материи впервые просчитали при помощи квантового симулятора

Физики из канадской компании D-Wave успешно использовали созданный ими квантовый симулятор на базе 5 тыс. квантовых битов для просчета поведения так называемых спиновых стекол, экзотической формы материи с беспорядочной магнитной структурой. Это расширяет практическую применимость аналоговых квантовых вычислительных систем, пишут ученые в статье в журнале Nature.

"Воспроизведение поведения "спиновых стекол" при помощи компьютеров оставалось много лет одной из главных нерешенных задач квантовой оптимизации. Мы достигли этой цели при помощи разработанного нами квантового отжигателя, построенного на базе 5 тыс. сверхпроводящих кубитов. Этот успех говорит в пользу дальнейшего масштабирования квантовых симуляторов и их применения для решения задач энергетической оптимизации", - пишут исследователи.

Существует два подхода к разработке подобных устройств: классический и адиабатический. В первом случае ученые пытаются создать универсальный квантовый компьютер, похожий по принципам работы на обычные цифровые вычислительные машины. Второй ближе по принципам действия к аналоговым компьютерам начала XX века, имеющим массу ограничений. При этом адиабатический компьютер, или так называемый квантовый отжигатель или симулятор, гораздо проще создать. D-Wave уже много десятилетий развивается по второму пути, благодаря чему число кубитов (квантовых битов) в ее вычислительных машинах в десятки или даже в сотни раз превышает то, как много вычислительных модулей и ячеек памяти присутствует в универсальных квантовых компьютерах Google, IBM и университетских научных групп.

Группа физиков под руководством директора D-Wave по развитию высокопроизводительных вычислений Эндрю Кинга приспособила недавно созданную ими новую версию квантового симулятора Advantage QA для просчета свойств так называемого спинового стекла. Так ученые называют особое экзотическое состояние материи, в котором она обладает беспорядочной магнитной структурой, похожей на то, как распределены атомы внутри стекла. Ключевое отличие "спинового стекла" от всех других магнитных материалов заключается в том, что магнитные свойства каждого его атома не меняются со временем, несмотря на отсутствие порядка в их взаимодействии друг с другом.

Кинг и его коллеги воспользовались большим числом кубитов, доступных внутри системы Advantage QA, для просчета поведения двух разных вариаций "спинового стекла", одна из которых состояла из большого числа объектов, а вторая - из очень небольшого числа элементов. Менее масштабный вариант ученые использовали для проверки корректности результатов расчета квантового отжигателя при помощи обычного суперкомпьютера.

По словам исследователей, последующие эксперименты и расчеты подтвердили, что компьютер D-Wave получает корректный результат, полностью соответствующий уравнению Шредингера. Это позволяет использовать квантовые симуляторы для просчета поведения сложных квантовых систем, недоступных как для обычных компьютеров, так и для универсальных квантовых вычислителей на базе нескольких десятков кубитов, подытожили физики.

Источник:ТАСС

Источник фото:dzen