Квантовый прорыв: 91-кубитный процессор Ригетти рассчитал предел хаоса
Международная группа исследователей успешно выполнила крупномасштабное моделирование квантового хаоса на 91-кубитном сверхпроводящем квантовом процессоре, используя инновационный подход к уменьшению ошибок. Результаты экспериментов показывают, что даже с помощью современного «шумного» оборудования можно изучать сложные квантовые системы, минуя ограничения классических вычислений.
Хотя способность исправлять ошибки необходима для эффективного квантового моделирования, полная квантовая коррекция ошибок требует значительного количества кубитов и аппаратного обеспечения. Раньше эта проблема решалась путем моделирования ограниченных квантовых систем многих тел, в основном в меньших масштабах, или с использованием интегрируемых – или менее хаотичных – моделей.
Исследовательская группа из Финляндии, Италии, Швейцарии и США выбрала метод уменьшения ошибок, который учитывает шум, а затем исправляет ошибки, экономя вычислительные ресурсы. Вместо полномасштабной квантовой коррекции ошибок, которая требует чрезмерного количества кубитов, уменьшение ошибок на основе тензорной сетки не пытается полностью устранить шум в реальном времени, а вместо этого точно характеризует шум процессора, а затем математически корректирует его эффекты при постобработке данных, экономя вычислительные ресурсы.
Моделирование проводилось с использованием так называемых двухэлементных квантовых схем, пишет Phys. Эти схемы обладают уникальной симметрией — унитарностью как во временном, так и в пространственном измерении, — что позволяет точно рассчитать некоторые свойства системы, которые в противном случае были бы недоступны для анализа. На основе этого исследователи смоделировали модель Изинга — периодически возбуждаемую квантовую систему многих тел.
Сравнение экспериментальных результатов с подавленными ошибками показало превосходное согласие с точными аналитическими предсказаниями затухания автокорреляции в двухблочных схемах при различных размерах системы. Для более сложных случаев, не имеющих точного аналитического решения, квантовые результаты согласуются с продвинутым классическим моделированием на основе тензорных сетей, даже в масштабах, где прямое классическое моделирование больше невозможно.
Эта научная работа открывает путь к использованию современных квантовых компьютеров для изучения квантового хаоса, явлений переноса энергии и локализации в материалах.
