Квантовые компьютеры обладают значительным потенциалом, чтобы открыть совершенно новые направления обработки информации и пересмотреть то, как мы думаем и используем науку о вычислениях. Современные компьютеры уже играют огромную роль в обществе — они регулярно обрабатывают огромные объемы данных и выполняют вычисления с невероятной скоростью.
Однако есть некоторые проблемы, которые они просто не могут решить за полезный промежуток времени, независимо от того, насколько быстро они становятся. Концепция квантового компьютера направлена ??на решение этой проблемы, исследуя неизведанные вычисления и решая по крайней мере некоторые из этих проблем, которые классические компьютеры не могут.Исследование, опубликованное сегодня в Nature Communications, содержит убедительные доказательства того, что с помощью этого метода уже можно увидеть что-то значимое с помощью примитивного квантового компьютера, чего нельзя увидеть с помощью классического компьютера.
Самые первые шаги к этому были сделаны в лаборатории в Бристоле.Доктор Эшли Монтанаро, преподаватель прикладной математики и научный сотрудник EPSRC из Школы математики Бристольского университета, сказал: «Квантовый компьютер — это машина, предназначенная для использования квантовой механики для решения задач более эффективно, чем любой возможный классический компьютер.«Мы знаем некоторые алгоритмы, которые могут работать на таких машинах, и найти больше — это открытая и захватывающая задача. Но большинство известных нам квантовых алгоритмов необходимо запускать на крупномасштабном квантовом компьютере, чтобы увидеть ускорение».
Сегодня создание крупномасштабного квантового компьютера — одна из самых сложных инженерных задач. Во всем мире усиливаются усилия по его разработке, и для этого требуются значительные усилия широкого круга специалистов, в том числе в рамках Национальной программы квантовых технологий Великобритании (UKNQT). Результаты могут быть потрясающими, предлагая быстрые и дешевые способы разработки новых материалов и новых фармацевтических препаратов.Но сейчас появляется область исследований, которые могут помочь ускорить понимание того, как будут работать квантовые компьютеры и как пользователи могут их применять.
Изучение возможностей более мелких и примитивных конструкций для квантовых компьютеров показывает, что раньше, чем мы думали, квантовые машины могут превзойти возможности классических вычислений для очень специфических задач. «Отбор проб бозонов» — это недавний пример, который основан на экспериментально доступных очень скоро.Большие вопросы, с которыми сталкиваются исследователи, включают в себя то, что могут сделать эти примитивные квантовые процессоры, что полезно для кого-то, и насколько сложными они должны быть. Результаты, опубликованные в сегодняшней статье, помогают ответить на этот вопрос, рассматривая, как моделировать определенные виды явления, называемого квантовым блужданием.
Квантовая прогулка на первый взгляд абстрактна. Но это квантово-механическая версия очень полезных моделей, таких как броуновское движение и «случайное блуждание пьяного моряка». Ключевое отличие состоит в том, что частица в квантовом блуждании наделена принципом квантовой суперпозиции.
Это позволило другим исследователям показать, что они по-новому представляют, как могут работать полномасштабные квантовые компьютеры, и создать полезные квантовые алгоритмы.Сяоган Цян, аспирант Физической школы, проводивший эксперимент, сказал: «Это похоже на то, что частица может исследовать пространство параллельно. Этот параллелизм является ключом к квантовым алгоритмам, основанным на квантовых прогулках, которые ищут в огромных базах данных более эффективно, чем мы можем в настоящее время. . "Доктор Джонатан Мэтьюз, научный сотрудник EPSRC и преподаватель Школы физики и Центра квантовой фотоники, объяснил: «Захватывающий результат нашей работы состоит в том, что мы, возможно, нашли новый пример физики квантового блуждания, который мы можем наблюдать с помощью примитивный квантовый компьютер, который иначе классический компьютер не смог бы увидеть.
«Эти скрытые в противном случае свойства имеют практическое применение, возможно, при разработке более сложных квантовых компьютеров».