Квантовый симулятор

Квантовые симуляторы — это вариант квантового вычислителя, в котором управляемые квантовые объекты имитируют и эффективно предсказывают поведение реальных квантовых систем. При этом по сути квантовый симулятор — это аналоговая вычислительная машина.

Традиционные квантовые симуляторы — узконаправленные вычислители, с помощью которых можно решать лишь задачи определенного типа. Но в последнее время активно развивается направление программируемых квантовых симуляторов, допускающих изменение параметров в процессе функционирования. Это расширяет класс задач, которые можно решить с помощью таких систем, и, соответственно, делает их более универсальными. К программируемым симуляторам относится и то устройство, над созданием которого в Центре квантовых технологий МГУ работает команда из более чем 20 человек. Также в создании симулятора принимают участие ученые из МГТУ им. Н.Э.Баумана и ИФП СО РАН, организаций-членов консорциума Центра квантовых технологий.

К концу 2021 года в Центре должен быть создан 50-кубитный квантовый симулятор на базе двух процессоров, основанных на двух различных физических системах — на основе одиночных холодных атомов в оптической ловушке и на базе одиночных фотонов в линейно-оптических сетях. Первая платформа привлекает ученых своей относительной устойчивостью к шумам и внешним воздействиям, а вторая — широкими возможностями в области масштабирования системы и принципиальной устойчивостью к ошибкам. Работать платформы смогут как параллельно, так и по отдельности.

Эти процессоры, моделирующие квантовые системы, будут работать в традиционной компьютерной системе. Они обеспечат коммерческим организациям, научным и исследовательским группам возможность производить квантовые вычисления и использовать полученные результаты в работе. Технически доступ к ресурсам симулятора будет организован удаленно, по принципу облачных сервисов. Пользователи получат возможность запускать собственный код на устройствах, подобно тому, как это можно сейчас делать на машинах IBM, например.

Ожидается, что симуляторы позволят решать такие прикладные задачи, как быстрый поиск в неструктурированных базах данных, ускорение поиска глобального оптимума при анализе рынка, ускоренное проектирование структуры новых материалов. Однако о реальных практических применениях всё же пока немного рано говорить (это касается не только симулятора, который разрабатывает Центр, но и области квантовых вычислений в целом) — сейчас отрасль делает первые шаги, и представить ее ближайшее будущее можно лишь в общих чертах. Процесс использования квантовых вычислений в бизнесе постепенно начинается по всему миру — многие производственные компании начинают вести совместные разработки с партнерами, создающими квантовые вычислительные системы. Примеры такого партнерства — совместные проекты Volkswagen, D-Wave и Google или использование возможностей квантового компьютера IBM Q компаниями Daimler, Exxon Mobil, Samsung. Возможно, аналогичные проекты в ближайшее время появятся и в России.

В программы Центров компетенций НТИ входят более 150 проектов по развитию сквозных технологий. Проекты прошли тщательный отбор экспертной команды РВК, которая сегодня оказывает всестороннюю поддержку в их реализации и контролирует выполнение программ центров.

Комментарии: