Ученые из МФТИ, МИСиС, РКЦ, МГТУ и ВНИИА провели эксперимент, в котором сверхпроводниковые кубиты симулировали передачу фотонов в модели Бозе — Хаббарда. Эта модель используется в физике для описания перехода «сверхпроводник — изолятор» и в общем случае не интегрируема, что делает ее особенно интересной в качестве полигона для проверки прототипов квантовых вычислителей. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.
Сегодня в мировом научном сообществе выделилось два направления разработки квантовых вычислителей: универсальные квантовые компьютеры, которые смогут выполнять специализированные алгоритмы во много раз быстрее, чем классические аналоги, и квантовые симуляторы, которые создаются специально для решения конкретных задач подобно интегральным схемам специального назначения (ASIC). Так как в первом случае требуется обязательно применять алгоритмы коррекции ошибок, реализация универсальных вычислителей является гораздо более сложной инженерной задачей; для симуляторов же проблемы заключаются скорее в достижении соответствия физической системе, для которой они создаются.
Многими теоретическими и несколькими экспериментальными работами было показано, что массивы кубитов-трансмонов хорошо подходят для изучения свойств модели Бозе — Хаббарда, что делает их интересным инструментом не только для разработки квантовых процессоров, где этот тип кубитов играет сейчас доминирующую роль, но и для создания квантовых симуляторов с целью решения проблем физики конденсированного состояния.
В новом исследовании, проведенном российскими учеными, впервые показано, что линейные массивы трансмонов могут использоваться для изучения спектров модели Бозе — Хаббарда в сравнительно простой архитектуре: путем подключения их к микроволновым волноводам и проведения прямой спектроскопии пропускания. В такой схеме симулятор воспроизводит динамику нелинейного квантового кристалла в неравновесном диссипативном режиме, который до этого изучался лишь теоретически.
В работе были исследованы многофотонные переходы к многочастичным состояниям с четырьмя возбуждениями из пяти возможных для исследованной цепочки, что является текущим рекордом в таких системах. Численное решение модели на классическом компьютере для проверки экспериментальных данных, полученных за два часа, заняло около недели на 138-ядерном вычислительном кластере ВНИИА им. Духова и показало блестящее соответствие между теорией и измерениями. Этот результат, полученный всего лишь на пяти трансмонах, показывает, что разработка систем с большим числом кубитов позволит наблюдать поведение моделей, сложность расчета которых лежит далеко за пределами большинства суперкомпьютеров. Стоит признать, что методы расчета непрерывно совершенствуются, но можно с уверенностью сказать, что простота масштабирования квантовых симуляторов и экспоненциальный рост их производительности с числом кубитов дают им существенное преимущество.
Проведенное исследование открывает новые горизонты как в области применения квантовых симуляторов, так и в квантовой оптике многочастичных квантовых систем, продолжая успешные совместные исследования лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ и лаборатории сверхпроводящих метаматериалов МИСиС. Ученые надеются, что дальнейшее сотрудничество позволит разработать, изготовить и исследовать более крупные системы кубитов с необычными свойствами, которые сейчас предсказаны только в теоретических работах.
Комментарии
Как хорошо написано... не чего не понял... но.. интересно.
Для практической жизни, этот результат что означает? Какие технологии у нас рванут в за оболочные высоты? Когда эти результаты можно пощупать руками?
У нас в каждом втором гараже стоят 2-3 интегральных схемы специального назначения.
Жужжат, греются.
Чего их щупать? Чай, не девки.
Это новейшая вакцина замедленной усвояемости! (с)
Защищенная связь, прогнозирование, моделирование, специализированные расчеты... Еще ИИ, грят. А в быту и обычных компов за глаза.
Все просто: что бы решить какую-нибудь архисложную задачу, необходимо подобрать некую комбинацию кубитов-трансмонов, что само по себе является нетривиальной задачей, требующей суперкомпьютера.
Как быстро внедряются в жизнь достижения науки!
Слово ASIC уже несколько лет как родное для многих жителей сибирской глубинки, не имеющих зачастую даже высшего образования...
Во сколько раз быстрее оптический процессор выполнял какое-нибудь двумерное преобразование Фурье ещё несколько десятков лет назад. Проблемы там, правда, были с вводом и выводом информации.
Причем для практического применения - фатальные. А так-то мы еще в 80-х в вузе светили лазером на маленькую прямоугольную дырочку и наблюдали за ней с помощью линейки ПЗС "преобразование Фурье" от прямоугольного импульса, или, что то же самое, диаграмму направленности антенны с прямоугольной апертурой. И эхо-спиновые процессоры изучали и акустооптику. Неуниверсально и геморройно.
Это если средний инженер-конструктор сделала задание в своей сфере, потому что он был обучен. А гений без образования затратил в 100 раз больше времени? Или что-то на подобие?
Судя по приведенному тексту сообщения, остается непонятным, кто кого реально посчитал в 100 раз быстрее , и сколько ещё денег необходимо заявленному квантовому симулятору, чтобы эмулировать в достаточной степени на выделенные средства.
Если перевести эту многословную конструкцию на нормальный язык, то группа ученых ученых якобы имитировала работу квантового компьютера на обычном компьютере и осталась очень довольна результатами. Так можно и вечный двигатель имитировать на компьютере, и коммунизм, и полет человека на крыльях. Все будет работать прекрасно, пока суровая реальность не вмешается. А вот то, что за двадцать пять лет разработок квантовых компьютеров потрачено немеряно денег, и не ни одного рабочего квантового компьютера - это настораживает. Закрадывается мысль что квантовые компьютеры наиболее успешны как проект для распила грантов, и не более.
Просвещайтесь на здоровье.
Все это интересно, но за 25-лет хотелось бы увидеть как гора рожает мышь, например, квантовый процессор который точно решил систему большую линейных уравнений методом Гаусса в пару раз быстрее обычного быстрого процессора, или другую подобную классическую задачу. Но не вижу даже намека на это. А слушать как корабли бороздят ... это конечно интересно.
Так речь и идёт о создании твёрдотельной высокотемпературной фотоники. Физика понятна, решаются уже вполне себе инженерные проблемы.
Физика понятна?
Ха ха
Физикам - понятна.
Ну... осторожно скажем - не всем. Есть несколько вещей, по которым дискуссии идут весьма бурные.
А если единственным существенным вкладом квантовых компьютеров будет снижение банковской безопасности? Придётся вернуться к бескомпьютерным банкам?
Я вам больше скажу. Вся всемирная компьютерная торговля, начиная с фондовой биржевой и до ритейла окажется под угрозой.
Вообще-то там написано про то, как сперва задачу посчитали на квантовом компьютере, а уже после - перепроверили ответ на кластере. Результаты совпали.
Другое дело, что квантовый решатель получился не универсальный, а под совершенно конкретную задачу. Что несколько снижает ценность опыта - если только речь не идёт проведении большого числа однотипных вычислений. А вот если повторные расчёты предполагаются, тогда геморрой с кубитами имеет смысл - два часа против ста пятидесяти, тут чисто на экономии электричества уже можно отбить затраты.
В статье ТС и говорится именно об аналоговом кубитовом симуляторе (вычислителе).
Задача создания универсального квантового компьютера переходит в стадию инженерной проработки.
Правильнее сказать - не универсальный, а типовой. АВМ-ки были вполне типовыми, но вот универсальными я бы их не назвал. Однако, для решения своего класса задач годились не хуже, чем универсальные цифровые.
Именно универсального.
"Универсальный" - предполагается, что есть способы приспособить к решению любых вычислительных задач. Здесь же имеем инструмент для решения задач весьма ограниченного круга. Я бы даже предположил, что организовать вывод сообщения "Hello, World!" на квантовом вычислителе будет сложнее, чем сломать какой-нибудь шифр.
Именно любых. Просмотрите видео. Там есть как раз и об этом, о квантовых алгоритмах.
И тут:
https://www.youtube.com/watch?v=qCZwhZyAd3Q
Надо подсказать ученым, что бы они биткойнов намайнили и обрушили весь этот криптолохотрон!
Предлагаете им самим "криптолохами" стать?
А скажите, и в магазине можно также стенку приподнять...(ц)
Аналоговые вычислительные устройства тоже точнее и быстрее в специализированных задачах.
Цифровые решения побеждают за счет универсальности, стандартизации и простоты.
Даже бумажные артиллерийские таблицы могут быть быстрее компьютера, там же ж все уже посчитано.
Таблицы Брадиса - часть артиллерийских? Или наоборот?
В статье ТС и говорится именно об аналоговом кубитовом симуляторе.
Выше выложил видео Алексея Витальевича Кавокина - руководителя лаборатории оптики спина в Санкт-Петербургском государственном университете. Профессора университета Саутгемптона и университета Вестлэйк в Ханчжоу.
Получил за 2020 год премию ISCS Awards.
"Алексей Кавокин получил премию за теоретическое предсказание явления Бозе-Эйнштейновской конденсации при комнатной температуре, которое привело к созданию поляритонного лазера".
Подробности: https://regnum.ru/news/innovatio/2952698.html
Абсолютно точно . И универсально .
логарифмическая линейка (аналоговое вычислительное устройство) - универсальна и стандартизирована
Считает быстрей компьютера, особенно с учетом ввода -вывод информации
Сообщение аналогичное подобному:
" Решим уравнения Шринавасы Рамануйяна за сравнительно небольшие деньги наличкой."
Собственно, нет проблемы.
Близок тот день когда диссопация атомов субкристаллической решетки метаматериалов методами эртрузионных флуктуаций будет доступна в любой квартире...
А серьезно - молодцы мужики!
Перспективный чат детектед! Сим повелеваю - внести запись в реестр самых обсуждаемых за последние 4 часа.
Я оч. рад за наших физиков и математиков. Там, конечно мат-аппарат мощный. Это же надо сначала все доказать теоретически, потом собрать физически, получить размазанную по бумаге спектрограмму, выделить из нее нужное, потом написать симулятор для 138-узелельного суперкомпутера, запустить, отладить, дождаться вторую спектрограмму ответа и сравнить с полученной на кристалле... Объем работы поразительный. А, забыл... надо еще и кристалл было сделать.
Жаль в статье нет изображений из источника.
Лет через 10 увидим набор юного квантового ардуинщика. Маленькая коробочка, и телега обвеса для вывода результата в человеческом виде. Ему можно будет скармливать сразу всю БСЭ, а он за секунды(5-6*10**3) разложит все на буквы(слова, фразы, мнемы, мемы, устойчивые выражения), проиндексирует, построит связи и ссылки, составит словарь антонимов, омонимов, синонимов и акронимов, отзеркалит(это побочный эффект) и выдаст все возможные варианты рецензии этого произведения на 128 известных и 24 неизвестных(которые возможно еще появятся) языках(и все сразу, за 1 стандартный проход). Результат будет выдан с вероятностью 1/(количество символов в произведении) на вариант ответа.
да, я вчера читал прочитал много статей и учебных пособий (МИФИ) по квантовым вычислениям. зауважал...
кажется, вы ведёте речь о вавилонской библиотеке.
Провели эксперимент, потом стали его обсчитывать. Эксперимент всегда обсчитывается гораздо дольше, чем время самого эксперимента. При чем здесь болтовня о квартовом компьютере?