Пътна карта за бъдещето на квантовата симулация

Пътна карта за бъдещата посока на квантовата симулация е изложена в документ, съавтор на Университета на Стратклайд.

Квантовите компютри са изключително мощни устройства със скорости и изчислителни възможности, които са далеч отвъд обсега на класическото или двоично изчисление. Вместо двоичната система от нула и единица, тя работи чрез суперпозиция, която може да бъде нула, единица или и двете едновременно.

Непрекъснато развиващото се развитие на квантовите изчисления е достигнало точката да има предимство пред класическите компютри за изкуствен проблем. Това може да има бъдещи приложения в много области. Обещаващ клас проблеми включва симулация на квантови системи с потенциални приложения като разработване на материали за батерии, индустриална катализа и фиксиране на азот.

труд, публикуван в Природата, изследва краткосрочни и средносрочни възможности за квантова симулация на аналогови и цифрови платформи, за да помогне да се оцени потенциалът на тази област. Той е съавтор от изследователи от Стратклайд, Института по квантова оптика Макс Планк, Университета Лудвиг Максимилиан в Мюнхен, Мюнхенския център за квантова наука и технологии, Университета в Инсбрук, Института по квантова оптика и Австрийската академия за квантова информация. на науката и Microsoft Corporation.

Андрю Дейли, професор в катедрата по физика на Стратклайд, е водещият автор на статията. Той каза: „През последните години имаше доста вълнуващ напредък в аналоговата и цифровата квантова симулация, а квантовата симулация е една от най-обещаващите области на обработката на квантовата информация. Той вече е доста зрял по отношение на разработването на алгоритъм и в наличността на международни доста напреднали експерименти за аналогова квантова симулация.

„В историята на компютърната техника класическите аналогови и цифрови компютри съществуват едновременно повече от половин век, с постепенния преход към цифрови компютри и ние очакваме същото да се случи с появата на квантовата симулация.

„Като следваща стъпка в развитието на тази технология, сега е важно да се обсъдят „практически квантови предимства“, в който момент квантовите устройства ще решат проблеми от практически интерес, които не могат да се решат от конвенционалните суперкомпютри.

„Много от най-обещаващите краткосрочни приложения на квантовите компютри попадат под чадъра на квантовата симулация: моделиране на квантовите свойства на микроскопичните частици, които са пряко свързани с разбирането на съвременната наука за материалите, физиката на високите енергии и квантовата химия.

„Квантовата симулация трябва да е възможна в бъдеще на устойчиви на грешки цифрови квантови компютри с по-голяма гъвкавост и точност, но все още може да се направи днес за конкретни модели с помощта на аналогови квантови симулатори със специално предназначение. аеродинамика, която може да се управлява или във вятърен тунел, или чрез симулации на цифров компютър. Когато аеродинамиката често използва модели в малък мащаб, за да разбере нещо по-голямо, аналоговите квантови симулатори често използват нещо по-малко. За да го разберем, нека вземем модел в голям мащаб.

„Аналоговите квантови симулатори вече преминават от осигуряване на качествени демонстрации на физически явления към предоставяне на количествени решения на естествени проблеми. Особено вълнуващ начин в близко бъдеще е разработването на програмируеми квантови симулатори, хибридизиращи цифрови и аналогови техники. Разработването на серия е с голям потенциал, защото съчетава най-добрите ползи от двете страни чрез използване на собствени аналогови операции за създаване на силно заплетени състояния.”

Университетът на Стратклайд и всички партньори в тази статия на Perspectives имат големи активни програми, включващи принципите както на архитектурата, така и на алгоритмите, както и разработването на платформи за аналогова квантова симулация и цифрово квантово изчисление. Партньорите си сътрудничат като част от водещия проект на ЕС за квантови технологии Horizon 2020 PASQuanS. В Strathclyde изследванията в тази област са силно включени в Националната програма за квантови технологии на Обединеното кралство и са получили значително финансиране от UK Research and Innovation.

Клъстер за квантови технологии е вграден в района на иновациите на град Глазгоу, инициатива, управлявана от Strathclyde съвместно с Градския съвет на Глазгоу, Шотландско предприятие, Предприемаческа Шотландия и Търговската камара на Глазгоу. Той е предвиден като глобално място за квантова индустриализация, привличащо компании за съвместно локализиране, ускоряване на растежа, подобряване на производителността и достъп до изследователска технология и талант от световна класа в Strathclyde.

Университетът на Стратклайд е единствената академична институция, която е участвала във всичките четири Quantum Technology Hubs, финансирани от EPSRC, и в двете фази на финансиране. В центъра са: усещането и времето; Quantum Enhanced Imaging; Квантово изчисление и симулация и квантови комуникационни технологии.