Новости

16 мая, 2024 12:01

Цифровой двойник: российские ученые создали инструмент для управления квантовым компьютером

Источник: RT
Российские ученые создали цифровую модель для управления квантовыми вычислениями. Квантовые компьютеры совершают операции намного быстрее обычных, сейчас во всем мире ведется разработка таких устройств. Управлять квантовыми машинами можно посредством обычных компьютеров, но для этого нужно решить важную проблему разницы в скорости работы этих устройств, так как двоичные вычисления не успевают за квантовыми. Авторы работы решили эту задачу, создав алгоритм на основе трехмерных математических матриц — тензоров. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Physical Review Research.
Квантовый компьютер globallookpress.com/Sven Hoppe/ ресурс RT

Ученые из Национального исследовательского технологического университета МИСИС и Российского квантового центра (Сколково) создали цифровую модель квантовой системы, которая позволит управлять работой квантовых компьютеров.

Сегодня ученые всего мира работают над созданием квантовых компьютеров. Такие вычислительные машины не хранят информацию в двоичном коде, где наименьшей единицей хранения считается бит, а используют квантовые биты — кубиты.

Биты могут принимать одно из двух значений: 0 или 1. Кубиты же находятся одновременно в нескольких состояниях, поэтому при решении задач не перебирают последовательно все возможные комбинации, как обычный компьютер, а делают некоторые вычисления значительно быстрее. Так, задание, на выполнение которого у простого компьютера ушла бы неделя, может выполняться на квантовом за секунду.

Однако большое количество кубитов, задействованных в обработке данных, требует и больше вычислительных ресурсов для управления ими. При этом для отслеживания работы подобных машин мощностей обычных компьютеров не хватает.


Алексей Федоров. Источник: Алексей Федоров. 

Для решения этой проблемы ученые создали цифрового двойника квантового компьютера — алгоритм на основе тензорной сети. Тензоры — это матрицы, или таблицы чисел, представляющие состояние всей квантовой системы в разные моменты времени. Однако хранить в памяти и производить операции со сложными тензорными выражениями тоже трудно, поэтому их разбивают на более мелкие. В результате такого разделения формируются тензорные сети, которые позволяют эффективно имитировать квантовые системы.

«В качестве модельной системы мы рассматривали цепочку спинов — это очень распространенная система в квантовых технологиях, на ее базе часто делают квантовые симуляторы — узкоспециализированные квантовые компьютеры для моделирования, например, химических систем и взаимодействия частиц в кристаллической решетке. Мы решали задачу по распространению информации от одного конца цепочки к другому — это соответствует некоторому модельному эксперименту по передаче квантовой информации в рамках системы», — рассказал RT руководитель научной группы Российского квантового центра и директор Института физики и квантовой инженерии Университета МИСИС, PhD по теоретической физике Университета Парижа-Юга Алексей Федоров.
По словам специалистов, программа помогает снизить необходимое количество ресурсов для поиска решений. Вместо работы с системами с несколькими миллионами состояний достаточно компактных представлений с несколькими сотнями параметров. Цифровой двойник также скорректирует часть ошибок, например уменьшит квантовый шум.

Алгоритм уже можно использовать на обычном компьютере и управлять с его помощью квантовой системой, отмечают специалисты.

Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ 

14 июня, 2024
Природная аптека: ученые открыли способность растительных пигментов усиливать действие противогрибкового препарата
Российские ученые выяснили, что природные растительные пигменты флавонолы способны в несколько раз у...
13 июня, 2024
Разработана методика экологичного синтеза жаропонижающих препаратов
Российские химики разработали подход, позволяющий получать азот- и серосодержащие производные орга...