Квантовый компьютер обогнал суперкомпьютер в расчете физической задачи

Ученые из IBM Quantum в Нью-Йорке и их коллеги из Калифорнийского университета в Беркли и Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли показали, что квантовый компьютер может давать более точные результаты для некоторых типов расчетов, чем современный “классический” суперкомпьютер. Об этом они сообщили в журнале Nature.

Исследователи сравнили работу квантового компьютера IBM Eagle, содержащего 127 кубитов, и суперкомпьютера Summit, одного из самых мощных в мире. Они решали задачу из области квантовой механики, связанную с определением энергии основного состояния системы частиц. Эта задача часто возникает при изучении квантовых свойств сверхпроводников и новых электронных материалов.

Квантовый компьютер использовал алгоритм под названием QAOA (Quantum Approximate Optimization Algorithm), который позволяет находить приближенные решения для сложных оптимизационных задач. Суперкомпьютер применял классический алгоритм под названием QMC (Quantum Monte Carlo), который имитирует квантовую систему с помощью случайных чисел.

Оказалось, что при увеличении сложности задачи квантовый компьютер продолжал давать верные ответы, в то время как суперкомпьютер стал ошибаться. Это свидетельствует о том, что квантовые компьютеры могут иметь преимущество перед классическими для некоторых типов расчетов, даже несмотря на то, что они подвержены шумам и ошибкам.

Ученые также применили метод под названием устранение ошибок (error mitigation), который позволяет уменьшить влияние шума на результаты квантового компьютера. Они показали, что этот метод значительно повышает точность квантового алгоритма и делает его более конкурентоспособным по сравнению с классическим.

“Мы входим в режим, где квантовый компьютер может делать вещи, которые текущие алгоритмы на классических компьютерах не могут делать”, - сказал соавтор исследования Саджант Ананд, аспирант Калифорнийского университета в Беркли.

“Мы можем начать думать о квантовых компьютерах как о инструменте для изучения проблем, которые мы не смогли бы изучать иначе”, - добавила Сара Шелдон, старший менеджер по квантовой теории и возможностям в IBM Quantum.