Учёные совершили прорыв в квантовых вычислениях, продемонстрировав, что сложные квантовые системы можно успешно моделировать на современных «шумных» квантовых процессорах, не дожидаясь появления совершенной коррекции ошибок.
В чём проблема?
- Квантовый хаос — область, изучающая, как хаотические процессы проявляются в квантовых системах (например, в материалах). Эти задачи критически важны для науки, но они чрезвычайно сложны для моделирования.
- Современные квантовые компьютеры имеют недостаточно стабильные кубиты (из-за шума и ошибок), а полноценная коррекция ошибок потребует ещё многих лет и тысяч кубитов.
Как решили проблему?
Вместо идеальной коррекции ошибок исследователи использовали подход error mitigation (подавление ошибок):
- Вычисления проводятся на «шумном» 91-кубитном процессоре.
- Затем на классическом компьютере с помощью тензорно-сеточной обработки влияние шума «инвертируется» и очищается от помех.
Ключевая идея: допустить ошибки в процессе, а потом математически «вычесть» их влияние из результата.
Что моделировали?
Учёные использовали дуально-унитарные квантовые цепи — особые схемы, которые очень быстро «перемешивают» квантовую информацию, создавая хаос, но при этом позволяют точно вычислять некоторые величины. На их основе реализовали квантовую версию модели Изинга — стандартный тест для сложных систем.
Результаты
- Результаты с квантового процессора высоко точно совпали с аналитическими предсказаниями и расчётами на классических суперкомпьютерах там, где это ещё возможно.
- На масштабах, уже недоступных для классического моделирования, квантовый компьютер продолжал выдавать физически осмысленные данные.
Почему это важно?
Работа доказывает, что современные «неидеальные» квантовые компьютеры уже сейчас можно использовать как мощный научный инструмент для:
- Изучения квантового хаоса и переноса энергии в материалах.
- Моделирования сложных многочастичных систем, которые не поддаются классическим вычислениям.
Это важный шаг к практической полезности квантовых вычислений задолго до создания полностью стабильных квантовых машин.