Исследователи из Центра вычислительной квантовой физики (CCQ) Института Флэтайрон недавно показали, что классический компьютер может превзойти квантовый в моделировании определённых квантовых систем, о чем сообщается в журнале Physical Review Letters. В этой работе ученые смогли смоделировать поведение двумерной системы переворачивающихся магнитов с помощью классического компьютера, обойдя возможности квантового. Исследование помогает глубже понять границу между возможностями квантовых и классических вычислений.
По словам ведущего автора исследования Джозефа Тиндалла, квантовая и классическая системы разделены своеобразной границей, которая до сих пор была достаточно размыта. Это открытие позволяет лучше понимать, где проходят пределы квантовых вычислений, а где классические методы могут дать более эффективный результат.
Квантовые компьютеры работают с кубитами, которые могут находиться в состоянии суперпозиции и быть одновременно нулем и единицей, что теоретически даёт им огромные преимущества по вычислительной мощности. Тем не менее, квантовые компьютеры ещё не доказали своего безусловного превосходства, а ученые, экспериментируя, пытаются найти задачи, в которых квантовый подход оказывается сильнее классического.
Этим летом ученые IBM провели эксперимент с квантовой системой, моделируя переворачивающиеся магниты и утверждая, что классический компьютер не способен решить эту задачу. Узнав об этом, Тиндалл и его коллеги решили проверить утверждение IBM, используя классические методы и собственные разработки программного обеспечения для моделирования. Уже через две недели они получили результаты, показавшие, что задача решается даже на обычном компьютере с минимальными вычислительными ресурсами.
Результаты исследования показали, что двумерная квантовая система демонстрировала поведение, известное как «ограничение» — состояние, при котором запутанность системы развивается только в ограниченных пределах. Это свойство ранее было известно только для одномерных систем, и его существование в двумерной системе стало открытием. Запутанность — ключевое свойство, которое усложняет моделирование на классическом компьютере, так как требует больших вычислительных ресурсов. Но ограничение уменьшает степень запутанности, что делает модель проще и позволяет эффективно использовать классический компьютер.
Таким образом, организация магнитов в двумерном замкнутом массиве в исходной задаче IBM создала условия для возникновения ограничения. Тиндалл и его коллега Драйс Селс провели дополнительный анализ и построили математическую модель, которая описывает, как ограничение затрудняет рост запутанности в системе. Это открытие может стать значимым шагом для дальнейших исследований в квантовой физике.
Модель, предложенная учеными, дает представление о том, как можно сдерживать запутанность в двумерных системах, и может стать ценным инструментом для понимания физики квантовых систем, в которых возникают подобные ограничения.
Читайте также нашу статью о том, как ученые раскрыли тайну квантовой запутанности.