Квантовые компьютеры впервые превзошли суперкомпьютеры в расчётах физики частиц

Учёные из компании Quantinuum и Университета Фрайбурга провели крутое исследование. Они доказали, что квантовые компьютеры круче обычных суперкомпьютеров в расчётах столкновений элементарных частиц.

Они выяснили, что квантовые методы круче, чем обычные, когда считают так называемые «сечения взаимодействия». Эти параметры описывают, как частицы рассеиваются в экспериментах, похожих на те, что проводят на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе.

Учёные придумали сложный квантовый алгоритм. Он работает как метод Монте-Карло(QMCI), только в мире квантовых вычислений. Идея в том, чтобы использовать случайные события и получить более-менее точные результаты. Они не будут идеальными, но уже можно работать. Новый алгоритм быстрее метода Монте-Карло: квантовому компьютеру нужно гораздо меньше операций, чтобы получить такой же результат.

Ифан Уильямс из Quantinuum и Матьё Пеллен из Университета Фрайбурга придумали, как улучшить QMCI. Они использовали преобразование Фурье(ПФ) — это такой математический метод, который помогает анализировать разные сигналы. С ним люди и искусственные интеллекты могут понять, из чего состоят данные.

Например, если взять звук, то преобразование Фурье поможет увидеть не сложную изогнутую волну, а разные частоты, которые вместе и составляют звук.Ещё ПФ помогает сжимать данные, оставляя только самое важное. В обработке видео это позволяет удалить ненужные частоты, сжать данные без потери качества и добавить разные эффекты, например, улучшить контрастность изображения.Но самое главное, преобразование Фурье помогает представить сложные функции в виде чисел, которые можно легко посчитать.

По оценкам специалистов, теоретические расчеты для экспериментов на БАК ежегодно требуют около 10 миллиардов процессорных часов, причем 15-25% этого времени уходит на теоретические предсказания. Даже 10% сокращение этих затрат может привести к значительной экономии ресурсов.

Однако исследователи отмечают, что современное квантовое оборудование пока не готово к полномасштабным вычислениям. Существующие квантовые компьютеры промежуточного масштаба (NISQ) не обладают той достаточной мощностью для выполнения этих алгоритмов в требуемом объеме. Даже для относительно простых расчётов может потребоваться миллионы квантовых операций и количество кубитов, превышающее возможности современных устройств.

Тем не менее, по мере развития отказоустойчивых квантовых компьютеров эти ограничения могут быть сняты. Квантовые физики, физики высоких энергий и физики-ядерщики видят потенциал применения квантовых вычислений не только в физике частиц, но и в других областях, требующих сложных интегральных вычислений — от финансового моделирования до прогнозирования погоды.

Источник: vk.com

Комментарии: