Новый алгоритм способен предсказать поведение квантовых систем
Исследователи предложили алгоритм, способный предсказывать то, как будут вести себя квантовые системы при взаимодействии с окружающей средой. Это очень сложная, но важная задача: хотя точно измерить влияние внешних факторов на тот же квантовый компьютер не удастся, они могут критически повлиять на его работу. Результаты численных экспериментов описаны в авторитетном научном журнале Physical Review Research.
На квантовые компьютеры возлагают большие надежды при решении задач криптографии, обработки огромного массива информации, в том числе и молекулярного моделирования. Считается, что он сможет справляться с ними намного эффективнее и быстрее, чем даже самые мощные обычные компьютеры. Все дело в использовании квантовых эффектов — суперпозиции и квантовой запутанности: в результате в отличие от классических битов, квантовый бит (кубит) может быть не только в состоянии «0» или «1», но во всех сразу. Пока что не существует полноценного квантового компьютера, и во многом это обусловлено тем, что он сильно подвержен влиянию внешних факторов, а потому качество вычислений оказывается далеким от идеального.
Ученые из Российского квантового центра, Московского физико-технического института, Университета «МИСИС» и Сколковского института науки и технологий совместно с коллегами разработали алгоритм, который по наблюдаемому поведению квантовой системы позволяет предсказывать ее дальнейшую динамику. Особенно важно то, что он способен прогнозировать поведение квантовых систем с памятью — одного из наиболее сложных эффектов, также известного как «немарковское поведение». Эта задача очень сложная, поскольку точно описать все внешние эффекты нельзя.
«В исследовании мы впервые применили методы, активно используемые при решении классических задач обработки данных, для построения модели сложной квантовой системы. Наш алгоритм позволяет "выучить" поведение взаимодействующей с окружением квантовой системы и предсказать ее дальнейшую динамику во времени. Разработанный подход улавливает все эффекты взаимодействия системы и окружения, при этом методу не требуется прямой доступ к окружению — достаточно данных о динамике системы, из которых извлекается информация и об окружении. Мы полагаем, что в дальнейшем метод может быть использован для решения задач квантовых технологий», — отметил Илья Лучников, ведущий научный сотрудник группы «Квантовые информационные технологии» Российского квантового центра и университета МИСИС.
Ожидается, что разработанный метод будет востребован в области как квантовых вычислений, так и квантовых сенсоров для точной диагностики функционирования отдельных элементов устройств.
