Классический компьютер превзошел квантовый «на его поле»

Обычный электронный компьютер лучше справился со сложной математической задачей, которая, как считалось, была под силу только квантовому компьютеру, сообщали ранее в Центре вычислительной квантовой физики при Институте Флэтайрон в Нью-Йорке (CCQ). Теперь ученым удалось понять, как квантовый компьютер, по сути, проиграл на своем поле.

В июне 2023 года исследователи IBM описали в журнале Nature эксперимент, моделирующий систему с массивом крошечных переворачивающихся магнитов. Каждый из них повернут в ту или другую сторону, при этом испытывает воздействие соседних элементов и сам на них влияет. Это поведение, когда один магнит влияет на другие, приводит к их запутыванию, то есть состоянию, подобному квантовой суперпозиции. Авторы утверждали, что симуляция такой системы возможна только при помощи квантового компьютера.

Научный сотрудник CCQ Джозеф Тиндалл, который давно занимается созданием алгоритмов и кодов для решения сложных квантовых задач посредством классических компьютеров, воспринял эту публикацию как вызов. Он применил свои наработки для моделирования и всего за две недели доказал, что может решить задачу с очень небольшой вычислительной мощностью — даже на смартфоне.

«Мы на самом деле не внедряли никаких передовых технологий, — признался Тиндалл. — Мы собрали множество идей в сжатом и элегантном виде, что сделало проблему разрешимой. Это был метод, который IBM упустила из виду, и его было нелегко реализовать без хорошо написанного программного обеспечения и кодов».

В январе 2024 года он опубликовал решение в журнале PRX Quantum, но на этом не остановился — и решил понять, почему считавшейся неразрешимой для классического компьютера задача оказалась ему под силу. Результатом изысканий стало исследование, опубликованное в Physical Review Letters.

Для того, чтобы в описанной выше системе повернуть все магнитики или большую их часть, требуется приложить достаточную энергию.

«В этой системе магниты не будут просто внезапно поворачиваться — они фактически будут колебаться вокруг своего начального состояния, даже в очень длительных временных масштабах. Это довольно интересно с точки зрения физики, потому что означает, что система остается в состоянии, которое имеет очень специфическую структуру, а не просто абсолютно беспорядочном», — объясняет Тиндалл.

Это ограничение делает задачу доступной для описания классическими методами. Используя симуляции и математические расчеты, ученый придумал простую и точную модель, описывающую это поведение.

Более того, его разработка может стать бесценным инструментом для понимания физики процессов, происходящих в подобных системах, а коды, приведенные в статье, могут предоставить экспериментаторам методы сравнительного анализа для создания новых компьютерных симуляций для других квантовых проблем.

«Существует некая граница, которая разделяет то, что можно сделать с помощью квантовых вычислений, и то, что можно сделать с помощью классических компьютеров. Сейчас она невероятно размыта. Я думаю, наша работа помогает немного прояснить эту границу», — заключил Джозеф Тиндалл.