Это исследование помогает определить, в чем квантовые компьютеры могут превзойти классические.
Этот успех демонстрирует реальную силу квантового преимущества. (Изображение)
Tetra Images/GettyImages
Исследователи успешно применили квантовый алгоритм для решения сложной вековой математической задачи, долгое время считавшейся невыполнимой даже для самых мощных обычных суперкомпьютеров.
Это достижение имеет прямое применение в таких областях, как физика элементарных частиц, материаловедение и передача данных.
«Существует ли вычислительная задача, для которой существует эффективный квантовый алгоритм, но нет эффективного рандомизированного алгоритма? Квантовые вычисления основаны на убеждении, что ответ — «да», — заявили исследователи в новом исследовании.
Представления факторинговой группы
Работу провели Мартин Ларокка, ученый из Лос-Аламосской национальной лаборатории, и Войтех Гавличек, исследователь из IBM.
В статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, они демонстрируют, что квантовые компьютеры могут «разлагать групповые представления на множители», что является основополагающей задачей в нескольких научных дисциплинах.
«Учёный-компьютерщик Питер Шор показал, что квантовые компьютеры могут разлагать целые числа на множители», — пояснил Ларокка, ссылаясь на известное открытие в этой области. «Здесь же мы показываем, что они также позволяют нам разлагать на множители симметрии».
Задача концептуально похожа на нахождение простых множителей числа, например, на разложение 12 на 2, 2 и 3. Ученые используют групповые представления для описания всех возможных расположений или преобразований системы, например, атомов в кристалле.
Эти представления можно разбить на их основные строительные блоки, известные как «неприводимые представления».
Для классических компьютеров нахождение этих блоков и подсчет их («чисел кратности») становится чрезвычайно трудной задачей для сложных систем.
Пример квантового преимущества
Новое исследование показывает, что алгоритм, использующий квантовые преобразования Фурье, может эффективно выполнить такую факторизацию.
«В новой статье используются квантовые преобразования Фурье — семейство квантовых схем, которые компилируют определенные групповые преобразования, включая хорошо известное дискретное преобразование Фурье, которое разлагает дискретные временные сигналы на его частотные компоненты», — подчеркнули исследователи в пресс-релизе.
Этот успех является ярким примером «квантового преимущества», когда квантовые компьютеры могут решать значимые задачи, которые не под силу классическим машинам.
«В этом суть исследований квантовых вычислений», — сказал Ларокка. «Мы хотим найти квантовые алгоритмы, которые будут работать быстрее классических».
«Мы определяем класс проблем в теории представлений, которые допускают эффективные квантовые алгоритмы, изучаем, что делает эти проблемы неразрешимыми классическим способом, и находим режим параметров с потенциальным квантовым ускорением», — говорится в исследовании.
Несколько реальных последствий
Способность эффективно разлагать групповые представления важна для решения ряда реальных задач.
Например, этот метод используется в физике элементарных частиц для калибровки чувствительных детекторов частиц. В науке о данных он применяется для разработки и внедрения надёжных кодов коррекции ошибок при хранении и передаче данных.
Этот метод также имеет решающее значение в материаловедении для понимания свойств материалов, что помогает в разработке новых материалов.
Это исследование вносит вклад в продолжающиеся усилия по выявлению конкретных проблем, в которых квантовые компьютеры могут обеспечить явное преимущество перед классическими.
«Сейчас задача квантовых вычислений очевидна, — подытожил Ларокка. — Мы хотим понять, в чём заключаются преимущества квантовых компьютеров».
Sourse: interestingengineering.com
