Rekordowa symulacja IBM-a utrudni prace nad komputerami kwantowymi?

IBM dokonał przełomu na polu badań nad komputerami kwantowymi, a przełom ten może... utrudnić zbudowanie komputera kwantowego. Błękitnemu Gigantowi udało się zasymulować na klasycznym komputerze działanie 56-kubitowego komputera kwantowego. Dotychczas uważano, że symulowanie na klasycznej maszynie komputera wyposażonego w więcej niż 49 kubitów jest niemożliwe ze względu na ograniczoną ilość pamięci operacyjnej. Za każdym razem, gdy na komputerze klasycznym dodajemy symulowany kubit, ilość potrzebnej pamięci operacyjnej rośnie wykładniczo.

IBM przesunął granice tego, co możliwe. Teraz ludziom pracującym na komputerami kwantowymi będzie trudniej udowodnić, że mają one przewagę nad maszynami klasycznymi, mówi Itay Hen z University of Southern California.

O tym, jak olbrzymie znaczenie ma osiągnięcie IBM-a niech świadczy fakt, że dotychczasowi rekordziści w liczbie symulowanych kubitów, naukowcy ze Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologicznego w Zurichu (ETH Zurich) potrzebowali 500 terabajtów pamięci, by symulować działanie 45 kubitów. IBM symulował 56 kubitów wykorzystując przy tym zaledwie 4,5 terabajta pamięci. Było to możliwe dzięki wykorzystaniu matematycznej sztuczki pozwalającej na większe skompresowanie numerycznych reprezentacji różnych ułożeń kubitów.

Zwykle podczas obliczeń kwantowych poszczególne operacje są przedstawiane za pomocą tablic z numerami wskazującymi, co należy zrobić, by każdy z kubitów przyjął nowy stan kwantowy. Eksperci z T. J. Watson Research Center w Nowy Jorku wykorzystali tensory.

Jeśli wyobrazimy sobie zbiór bitów klasycznego komputera w postaci sfery, gdzie jeden z biegunów reprezentuje 0, a drugi 1, to klasyczny bit będzie znajdował się na którymś z nich. Jeśli jednak mamy do czynienia z kubitem, który może być 1, 0 lub superpozycją obu stanów, to kubit – zanim go zmierzymy – może być w każdym punkcie sfery.

Olśniło mnie gdy myłem naczynia i szczotką czyściłem wysoką szklankę. Nagle zauważyłem, że jeśli spojrzymy na bramkę przypisaną do kubita na jakiejś macierzy, to bramka taka tworzy właśnie taki wzór szczotki, której włosy są splątanymi bramkami przypisanymi do tego kubita, mówi Edwin Pednault z IBM-a. Z matematycznego punktu widzenia szczotka bramek odpowiada tensorowi i wskaźnikom. W informatyce tensor jest n-wymiarową tablicą, dodaje uczony.

Pednault nie obawia się, że prace prowadzone przez niego i jego kolegów mogą utrudnić badania nad kwantowymi komputerami. Te pojawią się tak czy inaczej, gdy rozwój technologiczny w końcu pozwoli na ich skonstruowanie. W tym okresie rozwoju komputerów kwantowych potrzebne będą zaawansowane symulacje, które wspomogą badania zarówno nad zaawansowanymi algorytmami kwantowymi, jak i nad samą technologią maszyn kwantowych, stwierdza uczony.

IBM symulacja komputer kwantowy