Появился новый алгоритм для квантового вычисления
Том Вонг, аспирант в области физики, и Дэвид Мейер, профессор математики в Калифорнийском университете Сан-Диего, предложили новый алгоритм для квантового вычисления, который значительно ускорит решение проблем отдельного типа. Но как показал анализ ученых, ускорение расчетов потребует вовлечение большего количества физических ресурсов, необходимых для точного хронометража.
Алгоритм будет использоваться для решения задач в сфере неструктурированного поиска. Цель состоит в том, чтобы найти конкретный пункт в массиве несортированных данных. Решение этой проблемы на классическом компьютере, использующем единицы и нули, которые хранятся на магнитных носителях, сродни перелистыванию колоды карт по одной, по словам Вонга. Поиск в большом массиве данных займет очень много времени.
Квантовое вычисление, построенное на квантовом состоянии, зачастую в течение очень короткого промежутка времени, использует преимущества странного квантового мира, в котором частицы типа фотонов или бозонов могут существовать более чем в одном состоянии одновременно. Называется такое положение суперпозицией. Этот эффект представляет интересные возможности для проведения параллельных расчетов, однако сразу после измерения, как мы хорошо знаем, квантовые объекты выдают однозначный ответ.
Фокус заключается в разработке алгоритмов, которые будут отменять неправильные ответы и аккумулировать правильные. Природа алгоритма зависит от среды, в которой хранится информация.
Мейер и Вонг предложили компьютер, построенный на особом состоянии вещества под названием конденсата Бозе-Эйнштейна. Атомы попадают в электромагнитную ловушку и охлаждаются до такой степени, что «падают» в нижнее квантовое состояние и действуют как единое целое.
Уравнение, обычно использующееся для описания квантовой системы, линейно, но то, что описывает состояние конденсата Бозе-Эйнштейна, имеет элемент в кубе. В статье, опубликованной в New Journal of Physics, ученые предложили вычисление с этим кубическим уравнением, которое позволит найти ответ гораздо быстрее. К примеру, алгоритм можно использовать для поиска определенного элемента среди миллионов подобных, и в то же время — среди десяти пунктов.
«Похоже на грандиозный обман», — отмечает Вонг, однако при тщательном анализе теоретической части плана Вонг и Мейер выяснили, что прирост в скорости потребует существенных физических затрат.
Поскольку поиск работает непредсказуемо, хронометраж, использующий атомные часы, должен быть очень точным. Это требование накладывает нижний лимит на число ионов, составляющих атомные часы.
Другим ресурсом является сама вычислительная среда, конденсат Бозе-Эйнштейна.
«Если мы хотим запустить этот алгоритм, нам нужно собрать определенное количество атомов», — говорит Вонг. — «И вот сколько нам понадобится атомов, чтобы это нелинейное уравнение заработало и соответствовало базовой квантовой теории? Это ново».
