IBM продемонстрировала имитацию квантовых вычислений с меньшим количеством кубитов

Источник: Medium

Исследователям удалось эффективно упаковать больше информации в математические функции, которые использовались для проведения моделирования.

Интересно Стартап представил новый автомобильный аккумулятор способный зарядиться за пять минут

Мы демонстрируем, что свойства парадигматических молекул, таких как фтористый водород (HF), могут быть рассчитаны с более высокой степенью точности на сегодняшних небольших квантовых компьютерах,
– заявили они.

Что это вообще дает и где используется

Производитель автомобилей Daimler, давний партнер IBM в области квантовых исследований, проявил большой интерес к результатам этого исследования. С 2015 года Daimler работает над модернизацией литий-ионных аккумуляторов с литий-серных – нетоксичного и легкодоступного материала, который увеличит емкость и скорость зарядки электромобилей.

Для проектирования батареи на основе новых материалов необходимо точное понимание того, какие соединения должны использоваться. Процесс включает точное описание всех характеристик молекул, составляющих соединение, а также частиц, из которых состоят эти молекулы, для моделирования того, как соединение будет реагировать в различных средах. Классические методы, которые существуют сегодня, не могут визуализировать эти симуляции с точностью, необходимой для разработки Daimler.

При чем здесь квантовые компьютеры

Квантовые компьютеры могут быстро выполнить такого рода задачи. Кубиты и их способность одновременно кодировать различную информацию позволяют квантовым алгоритмам выполнять несколько вычислений одновременно. Однако масштабирование кубитов является сложным процессом. Большинство квантовых компьютеров, в том числе IBM, работают с менее чем 100 кубитами, чего недостаточно для моделирования сложных молекул.

Некоторые свойства этих молекул обычно представляются в компьютерных экспериментах с помощью математической функции, называемой гамильтонианом.

"В настоящее время мы не можем представить достаточно орбиталей в нашем моделировании на квантовом оборудовании, чтобы коррелировать электроны, обнаруженные в сложных молекулах в реальном мире", – заявила команда IBM.

Как в IBM решили проблему мощности

Вместо того чтобы ждать появления большего квантового компьютера, способного выполнять тяжелые вычисления, исследователи решили посмотреть, что они могут сделать с технологией в ее нынешнем виде. Чтобы компенсировать ограничения ресурсов, команда создала так называемый "транскоррелированный" гамильтониан, содержащий дополнительную информацию о поведении электронов в конкретной молекуле. Таким образом, исследователи повысили точность моделирования без необходимости в дополнительных кубитах.

Этот метод является новым шагом на пути к точному расчету свойств материалов на квантовом компьютере, несмотря на ограниченные ресурсы, доступные на сегодняшний день.

Осенью 2020 года IBM представила обновленную дорожную карту развития своих квантовых компьютеров. Компания собирается в 2023 году создать квантовый компьютер со 1121-кубитовым процессором.

Долгосрочная цель IBM – построить квантовую систему на миллион кубитов. Компания рассматривает отметку в 1000 кубитов как переломный момент для преодоления препятствий, ограничивающих коммерциализацию квантовых систем.