آخرین مطالب

الگوریتم های کامپیوترهای کوانتومی آینده —


پیشرفت‌های نظری اخیر دو سؤال طولانی‌مدت را در مورد قابلیت شبیه‌سازی سیستم‌های کوانتومی در رایانه‌های کوانتومی آینده، غلبه بر چالش‌های ناشی از تحلیل‌های پیچیدگی برای فعال کردن الگوریتم‌های پیشرفته‌تر حل و فصل کرده است. کار یک تیم کوانتومی در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس که در دو نشریه برجسته شده است، نشان می‌دهد که ویژگی‌های فیزیکی سیستم‌های کوانتومی امکان تکنیک‌های شبیه‌سازی سریع‌تر را فراهم می‌کند.

رولاندو سوما، نظریه‌پرداز کوانتومی در لوس آلاموس و نویسنده مشترک این دو مقاله، گفت: «الگوریتم‌های مبتنی بر این کار برای اولین نمایش کامل شبیه‌سازی‌های کوانتومی در رایانه‌های کوانتومی مورد نیاز خواهند بود.

حالت های کوانتومی کم انرژی کلید شبیه سازی کوانتومی سریعتر است

مقاله “شبیه سازی همیلتونی در زیرفضای کم انرژی” نشان می دهد که پیچیدگی یک الگوریتم شبیه سازی کوانتومی به مقیاس انرژی مربوطه بستگی دارد و نه به طیف کامل انرژی های سیستم، همانطور که قبلا تصور می شد. در واقع، برخی از سیستم‌های کوانتومی می‌توانند حالت‌هایی از انرژی‌های نامحدود داشته باشند، بنابراین شبیه‌سازی‌ها حتی در رایانه‌های کوانتومی بزرگ غیرقابل حل هستند.

این تحقیق جدید نشان داد که اگر یک سیستم کوانتومی فقط حالت‌های کم انرژی را بررسی کند، می‌توان آن را با پیچیدگی کم در یک کامپیوتر کوانتومی بدون خطا در شبیه‌سازی شبیه‌سازی کرد.

بوراک شاهین اوغلو، فیزیکدان نظری در لوس آلاموس و نویسنده اصلی این مقاله که در نشریه منتشر شده، می‌گوید: «کار ما راهی برای مطالعه سیستماتیک شبیه‌سازی‌های کوانتومی در انرژی‌های پایین فراهم می‌کند، که برای نزدیک‌تر کردن شبیه‌سازی‌های کوانتومی به واقعیت مورد نیاز است. مجله اطلاعات کوانتومی، یک مجله شریک طبیعت.

Somma گفت: “ما نشان می دهیم که در هر مرحله از الگوریتم، شما هرگز به انرژی های بسیار بزرگ فرار نمی کنید.” روشی برای نوشتن الگوریتم کوانتومی شما وجود دارد تا پس از هر مرحله همچنان در زیرفضای کم انرژی خود باشید.

نویسندگان گفتند که تحقیقات آنها برای کلاس بزرگی از سیستم‌های کوانتومی کاربرد دارد و در شبیه‌سازی نظریه‌های میدان کوانتومی، که پدیده‌های فیزیکی را در حالت‌های کم انرژی آن‌ها توصیف می‌کنند، مفید خواهد بود.

انتقال سریع سیستم های کوانتومی اصل عدم قطعیت انرژی زمان را دور می زند

مقاله دیگر، “تکامل کوانتومی به جلو سریع”، با همکاری شوژن گو از Caltech – دانش آموز سابق مدرسه تابستانی محاسبات کوانتومی لوس آلاموس – در منتشر شده است. کوانتومی. این سه سیستم کوانتومی را نشان می‌دهد که در آنها یک الگوریتم شبیه‌سازی کوانتومی می‌تواند سریع‌تر – و در برخی موارد به صورت نمایی سریع‌تر – از محدودیت‌های پیشنهاد شده توسط اصل عدم قطعیت انرژی زمان اجرا شود.

Somma گفت: “در مکانیک کوانتومی، بهترین دقتی که می توان هنگام اندازه گیری مقیاس های انرژی یک سیستم، به طور کلی، با معکوس مدت زمان اندازه گیری به دست آورد.”

شاهین اوغلو گفت: با این حال، این اصل در مورد همه سیستم های کوانتومی، به ویژه سیستم هایی که دارای ویژگی های فیزیکی خاصی هستند، صدق نمی کند.

نویسندگان نشان دادند که وقتی این اصل دور زده می‌شود، چنین سیستم‌های کوانتومی را می‌توان به طور بسیار کارآمد یا به سرعت در رایانه‌های کوانتومی شبیه‌سازی کرد.

منبع داستان:

مواد ارائه شده توسط DOE/آزمایشگاه ملی لوس آلاموس. توجه: محتوا ممکن است برای سبک و طول ویرایش شود.