Наука: Квантовый симулятор посчитал в 100 раз быстрee мощного вычислительного кластера

Аватар пользователя Lehan

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.

Авторство: 
Копия чужих материалов

Комментарии

Аватар пользователя sergold
sergold(9 лет 6 месяцев)

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?

Аватар пользователя андр_мат
андр_мат(8 лет 9 месяцев)

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. 

 

Аватар пользователя Ёёё
Ёёё(6 лет 7 месяцев)

  Это новейшая вакцина замедленной усвояемости! (с)

Аватар пользователя Older
Older(9 лет 10 месяцев)

Защищенная связь, прогнозирование, моделирование, специализированные расчеты... Еще ИИ, грят. А в быту и обычных компов за глаза. 

Аватар пользователя Elya
Elya(9 лет 8 месяцев)

Как хорошо написано... не чего не понял...

Все просто: что бы решить какую-нибудь архисложную задачу, необходимо подобрать некую комбинацию кубитов-трансмонов, что само по себе является нетривиальной задачей, требующей суперкомпьютера.

 

Аватар пользователя андр_мат
андр_мат(8 лет 9 месяцев)

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... 

Аватар пользователя Александр Мичуринский

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.

Аватар пользователя Watcher
Watcher(5 лет 6 месяцев)

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.

Комментарий администрации:  
*** Уличен в дешевой политоте - https://aftershock.news/?q=comment/13285502#comment-13285502 ***
Аватар пользователя Карлэда
Карлэда(8 лет 9 месяцев)

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?

Аватар пользователя Сяня
Сяня(3 года 6 месяцев)

 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.smile40.gif

Аватар пользователя irodriges
irodriges(4 года 1 месяц)

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.

Аватар пользователя testudo777
testudo777(4 года 2 месяца)

Просвещайтесь на здоровье.

 

Аватар пользователя irodriges
irodriges(4 года 1 месяц)

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.

Аватар пользователя testudo777
testudo777(4 года 2 месяца)

Так речь и идёт о создании твёрдотельной высокотемпературной фотоники. Физика понятна, решаются уже вполне себе  инженерные проблемы.

Аватар пользователя botanica666
botanica666(10 лет 1 месяц)

Физика понятна? 

Ха ха

Комментарий администрации:  
*** отключен (розжиг межнациональной розни) ***
Аватар пользователя testudo777
testudo777(4 года 2 месяца)

Физикам - понятна. smile1.gif

Аватар пользователя Simurg
Simurg(7 лет 2 месяца)

Ну... осторожно скажем - не всем. Есть несколько вещей, по которым дискуссии идут весьма бурные.

Комментарий администрации:  
*** Уличен в клевете и ложном цитировании, отказ принести извинения - https://aftershock.news/?q=comment/11527284#comment-11527284 ***
Аватар пользователя hyptul
hyptul(7 лет 1 месяц)

А если единственным существенным вкладом квантовых компьютеров будет снижение банковской безопасности? Придётся вернуться к бескомпьютерным банкам?

Аватар пользователя testudo777
testudo777(4 года 2 месяца)

Я вам больше скажу. Вся всемирная компьютерная торговля, начиная с фондовой биржевой и до ритейла окажется под угрозой.smile1.gif

Аватар пользователя maxvlad
maxvlad(12 лет 3 месяца)

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.

Аватар пользователя testudo777
testudo777(4 года 2 месяца)

В статье ТС и говорится именно об аналоговом кубитовом симуляторе (вычислителе).

Задача создания универсального квантового компьютера переходит в стадию инженерной проработки.

Аватар пользователя maxvlad
maxvlad(12 лет 3 месяца)

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.

Аватар пользователя testudo777
testudo777(4 года 2 месяца)

Именно универсального.

Аватар пользователя maxvlad
maxvlad(12 лет 3 месяца)

"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.

Аватар пользователя testudo777
testudo777(4 года 2 месяца)

Именно любых. Просмотрите видео. Там есть как раз и об этом, о квантовых алгоритмах.

И тут: 

https://www.youtube.com/watch?v=qCZwhZyAd3Q

Аватар пользователя SADDAM
SADDAM(2 года 11 месяцев)

Надо подсказать ученым, что бы они биткойнов намайнили и обрушили весь этот криптолохотрон!

Комментарий администрации:  
*** отключен (невменяемое общение) ***
Аватар пользователя андр_мат
андр_мат(8 лет 9 месяцев)

Предлагаете им самим "криптолохами" стать? 

Аватар пользователя Dmytro
Dmytro(3 года 6 месяцев)

А скажите, и в магазине можно также стенку приподнять...(ц)

Аватар пользователя Macrodaemon
Macrodaemon(10 лет 4 месяца)

Аналоговые вычислительные устройства тоже точнее и быстрее в специализированных задачах.

Цифровые решения побеждают за счет универсальности, стандартизации и простоты.

Аватар пользователя irodriges
irodriges(4 года 1 месяц)

Даже бумажные артиллерийские таблицы могут быть быстрее компьютера, там же ж все уже посчитано.

Аватар пользователя mumba
mumba(6 лет 11 месяцев)

Таблицы Брадиса - часть артиллерийских? Или наоборот?

Аватар пользователя testudo777
testudo777(4 года 2 месяца)

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

Аватар пользователя Дон Мигель
Дон Мигель(4 года 8 месяцев)

Абсолютно точно . И универсально .

Аватар пользователя Дмитрий.
Дмитрий.(5 лет 6 месяцев)

логарифмическая линейка (аналоговое вычислительное устройство)  - универсальна и стандартизирована

Считает быстрей компьютера, особенно с учетом ввода -вывод информации

Комментарий администрации:  
*** отключен (невменяемое общение) ***
Аватар пользователя Сяня
Сяня(3 года 6 месяцев)

 Сообщение аналогичное подобному:

" Решим уравнения Шринавасы Рамануйяна за сравнительно небольшие деньги  наличкой."smile442.gif

Аватар пользователя testudo777
testudo777(4 года 2 месяца)

Собственно, нет проблемы.smile1.gif

Аватар пользователя mumba
mumba(6 лет 11 месяцев)

Близок тот день когда диссопация атомов субкристаллической решетки метаматериалов методами эртрузионных флуктуаций будет доступна в любой квартире...

smile3.gif

А серьезно - молодцы мужики!

Скрытый комментарий Повелитель Ботов (без обсуждения)
Аватар пользователя Повелитель Ботов

Перспективный чат детектед! Сим повелеваю - внести запись в реестр самых обсуждаемых за последние 4 часа.

Комментарий администрации:  
*** Это легальный, годный бот ***
Аватар пользователя redial
redial(4 года 7 месяцев)

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...

 

Аватар пользователя breduin
breduin(8 лет 10 месяцев)

и выдаст все возможные варианты рецензии этого произведения на 128 известных и 24 неизвестных(которые возможно еще появятся) языках

кажется, вы ведёте речь о вавилонской библиотеке.

Аватар пользователя Viriok
Viriok(3 года 4 недели)

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 

Провели эксперимент, потом стали его обсчитывать. Эксперимент всегда обсчитывается гораздо дольше, чем время самого эксперимента. При чем здесь болтовня о квартовом компьютере? 

Комментарий администрации:  
*** отключен (Если в России что-то делают, значит пилят (с)) ***