Найден способ реализовать квантовые вычисления на «шумных» компьютерах
Существующие квантовые компьютеры сильно «шумят», поэтому проводить на них вычисления довольно затруднительно. Вариационные алгоритмы, использующие также мощности классических компьютеров, могут стать ключом к квантовым вычислениям в ближайшие пару лет
Текущие шумные квантовые компьютеры промежуточного масштаба, которые имеют от 50 до 100 кубитов, быстро теряют свою «квантовость» при работе и не имеют достаточно хороших алгоритмов коррекции ошибок, способных поддерживать совместную работу такого большого количества кубитов. Однако с конца 1990-х годов теоретики разрабатывали алгоритмы, предназначенные для работы на идеализированном большом, исправляющем ошибки, отказоустойчивом квантовом компьютере.
Но пока что ученые не могут реализовать эти алгоритмы, потому что они дают бессмысленные результаты или требуют использования слишком большого количества кубитов. Поэтому физики поняли, что необходим подход, который адаптируется к ограничениям имеющегося аппаратного обеспечения. Авторы новой работы показали, что так называемые вариационные алгоритмы могут позволить запустить вычисления даже на существующих «шумных» вычислительных устройствах.
Алгоритмы называются вариационными, потому что процесс оптимизации меняет алгоритм на лету. Он изменяет параметры и логические элементы, чтобы минимизировать функцию затрат — математическое выражение, измеряющее, насколько хорошо алгоритм выполнил задачу. Проблема решается, когда функция затрат достигает своего минимально возможного значения.
В итерационной функции в вариационном алгоритме квантовый компьютер оценивает функцию затрат, а затем передает этот результат обратно в классический компьютер. Затем классический компьютер настраивает входные параметры и отправляет их в квантовый компьютер, который снова запускает оптимизацию.
Новая статья призвана стать своего рода руководством для проведения исследований в этой зарождающейся области вариационных квантовых алгоритмов. В своей работе авторы обсуждают все приложения алгоритмов и то, как они работают, а также освещают проблемы, подводные камни и способы их решения. Наконец, ученые заглядывает в будущее, рассматривая наилучшие возможности для достижения квантового превосходства на компьютерах, которые будут доступны в ближайшие пару лет.
Исследование опубликовано в журнале Nature Reviews Physics.