Команда исследователей из Google и Института Пауля Шеррера (PSI) представила уникальный цифро-аналоговый квантовый симулятор на основе 69 сверхпроводящих кубитов (что дает увеличение вычислительной мощности или точности моделирования). Это устройство объединяет преимущества цифровых и аналоговых подходов, позволяя с беспрецедентной точностью моделировать сложные физические процессы, которые недоступны даже самым мощным суперкомпьютерам.
Андреас Лойхли и Андреас Элбен, физики-теоретики из Института Пауля Шеррера (PSI), совместно с исследователями из Google и университетов пяти стран разработали и успешно протестировали новый цифро-аналоговый квантовый симулятор. Достижение стало важной вехой в области квантовых технологий: симулятор не только вычисляет физические процессы с беспрецедентной точностью, но и отличается высокой гибкостью, что позволяет применять его для решения широкого круга задач — от физики твердого тела до астрофизики. Результаты исследования были опубликованы 5 февраля в журнале Nature.
Преимущества цифро-аналогового подхода
Цифровой режим симулятора обеспечивает гибкость в задании начальных условий, например, точное управление расположением частиц в системе. Аналоговый режим, в свою очередь, имитирует естественное взаимодействие частиц, что делает его идеальным инструментом для изучения таких процессов, как термализация (например, распределение холодного молока в горячем кофе) или формирование магнитных доменов в твердых телах.
«Мы можем наблюдать, как квантовый симулятор достигает теплового равновесия — или, если использовать аналогию с кофе: молоко распределяется в кофе, и температура выравнивается в процессе», — поясняет Андреас Элбен, научный сотрудник PSI.
Практическое применение симулятора
Новый симулятор открывает широкие возможности для исследований в различных областях:
Магнетизм: изучение фрустрированного магнетизма, что может привести к созданию новых типов компьютерных чипов.
Материаловедение: разработка высокотемпературных сверхпроводников, способных привести к революции в энергетике.
Фармакология: моделирование молекулярных взаимодействий для создания более эффективных и безопасных лекарств.
Астрофизика: исследование информационного парадокса черных дыр.
Перспективы для IT и науки
Квантовый симулятор имеет практическое применение в IT. Он может стать ключевым инструментом для разработки новых технологий, улучшения существующих решений и ускорения инноваций в области вычислений, криптографии, машинного обучения и материаловедения.
Исследователи планируют использовать симулятор для изучения новых физических явлений и поддержки экспериментов в крупных научных центрах. В Quantum Computing Hub ETHZ и PSI, а также за их пределами, разрабатываются квантовые компьютеры и квантовые симуляторы на различных технологических платформах, включая захваченные ионы, сверхпроводящие кубиты и атомы Ридберга.
