Лого Сделано у нас
55

Квантовый симулятор посчитал в 100 раз быстрee мощного вычислительного кластера

 © scientificrussia.ru

Ученые из МФТИ, МИСиС, РКЦ, МГТУ и ВНИИА провели эксперимент, в котором сверхпроводниковые кубиты симулировали передачу фотонов в модели Бозе — Хаббарда. Численное решение модели на классическом компьютере для проверки экспериментальных данных, полученных на симуляторе за два часа, заняло около недели на 138-ядерном вычислительном кластере ВНИИА им. Духова. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.

Сегодня в мировом научном сообществе выделилось два направления разработки квантовых вычислителей: универсальные квантовые компьютеры, которые смогут выполнять специализированные алгоритмы во много раз быстрее, чем классические аналоги, и квантовые симуляторы, которые создаются специально для решения конкретных задач подобно интегральным схемам специального назначения (ASIC). Реализация универсальных вычислителей — гораздо более сложная инженерная задача, так как требуется обязательно делать алгоритмы коррекции ошибок. Для симуляторов же главное — соответствие физической системе, для которой они создаются.

В разработке сейчас много различных типов кубитов. Доминирующую роль в квантовых вычислителях занимают сверхпроводящие кубиты-трансмоны. Многими теоретическими и несколькими экспериментальными работами было показано, что массивы кубитов-трансмонов хорошо подходят и для создания квантовых симуляторов с целью решения проблем физики конденсированного состояния, расчетов макроскопических и микроскопических свойств веществ.

В новом исследовании, проведенном российскими учеными, впервые показано, что линейные массивы сверхпроводящих кубитов-трансмонов могут симулировать передачу фотонов для изучения перехода «сверхпроводник — изолятор» в модели Бозе — Хаббарда. Причем для этого потребовалась сравнительно простая архитектура: подключение кубитов к микроволновым волноводам и проведение прямой спектроскопии пропускания. Эксперимент показал, как именно сверхпроводниковые симуляторы могут помочь решать задачи материаловедения и исследовать не встречающиеся в естественной природе фазы вещества (например, сверхтекучие).

Глеб Федоров, аспирант МФТИ, соавтор работы, говорит: «Наш результат — это пример простого решения сложной проблемы. Ранние квантовые симуляторы из-за своих несовершенств часто сталкивались с проблемой несоответствия объекту симуляции. В этом контексте скептики говорили, что симуляторы симулируют исключительно сами себя. Мы же не пытались заставить систему работать против своей природы, а наоборот, нашли физическую задачу, максимально использующую ее внутренние возможности».

Численное решение модели на классическом компьютере для проверки экспериментальных данных, полученных за два часа, заняло около недели на 138-ядерном вычислительном кластере ВНИИА им. Духова и показало блестящее соответствие между теорией и измерениями. Этот результат, полученный всего лишь на пяти кубитах-трансмонах, показывает, что разработка систем с большим числом кубитов позволит наблюдать поведение моделей, сложность расчета которых лежит далеко за пределами большинства суперкомпьютеров. Стоит признать, что методы расчета непрерывно совершенствуются, но можно с уверенностью сказать, что простота масштабирования квантовых симуляторов и экспоненциальный рост их производительности с числом кубитов дают им существенное преимущество.

Проведенное исследование открывает новые горизонты как в области применения квантовых симуляторов, так и в квантовой оптике многочастичных квантовых систем, продолжая успешные совместные исследования лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ и лаборатории сверхпроводящих метаматериалов МИСиС. Ученые надеются, что дальнейшее сотрудничество позволит разработать, изготовить и исследовать более крупные системы кубитов с необычными свойствами, которые сейчас предсказаны только в теоретических работах.

Оригинальная статья: Photon Transport in a Bose-Hubbard Chain of Superconducting Artificial Atoms; Fedorov et al.; Physical Review Letters (https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.180503)

Информация и фото предоставлены пресс-службой МФТИ

  • 1
    Нет аватара elron
    13.05.2100:02:54

    добавлю аж 2 ложки дёгтя.

    а) на разработку решения на не-универсальных квантовых компьютерах тратится много самого дефицитного ресурса --- времени квалифицированных специалистов. на универсальном квантовом компьютере то же самое мог бы сделать инженер заведомо менее квалифицированный [хотя он в любом случае должен быть на пару порядков круче программистской массы].

    б) 138 ядер как-то не очень тянет на «мощный вычислительный кластер». сейчас в суперкомпьютерах и сотни тысяч ядер не являются чем-то особенным.

    • 1
      Нет аватара Rockets
      13.05.2109:53:21

      а) на разработку решения на не-универсальных квантовых компьютерах тратится много самого дефицитного ресурса --- времени квалифицированных специалистов.

      На создания ПО для квантовых компьютеров (универсальных) потребуется на порядки больше затрат и ресурсов во всех смыслах Потому что всё надо создавать с нуля.

      Под квантовый симулятор ПО не нужно, в том смысле который вы пытаетесь тут протащить, там всё гораздо проще. Ложка дёктя не в ту степь

  • 0
    Shadow Flash Shadow Flash
    13.05.2100:38:44

    Ну пока квантовые компьютеры еще в начале пути. Если сравнить с классическими компьютерами, то в области квантовых сейчас 40ые годы из области обычных.

    к 50ым годам может будет что-то такое, что сейчас представить себе сложно. Как в 60ые никто не мог представить, что за цену килограмма колбасы можно будет купить маленькую плату, которая может поместиться в сигаретной пачке и которая может то, что не могли суперкомпьютеры… из начала 90ых.

    138 может всё-таки узлов? Тогда это кластер. 138 ядер — это просто сервер, или очень старый кластер — у меня материнка от сервера, на которой полетел встроенный в сетевой чип, с двумя процессорами по 64 ядра дома в качестве рабочей машинки пашет.

    • 0
      Нет аватара Rockets
      13.05.2109:25:36

      . Если сравнить с классическими компьютерами, то в области квантовых сейчас 40ые годы из области обычных.

      Настало время афегительных историй

      Сравниваете прошлый век электроники, с технологиями нового технологического уровня? Это как сравнивать лук со стрелами и автомат Калашникова. Или иголку со швейной машинкой. Принцип работы вычислений абсолютно разный, логика другая, производительность на порядки выше любого современного компьютера. 1 кубит по возможностям это 1 современный калькулятор или вычислительная машина космического корабля для лунной программы Аполон 11 1969 года. Или игровая приставка Денди/Игровой автомат. И даже в этом случае, разница в скорости вычислений будет на порядки выше. Только вот 1 кубит уже мало кого интересует. Как только определятся с направлением развития данных технологий всё ускорится много кратно Если от разработок первой ЭВМ, до развития современных суперкомпьютеров потребовалось порядка 80 лет, то на квантовые компьютеры человечество перейдёт за 10-15 лет. Время пошло…

        • 0
          Нет аватара Rockets
          14.05.2105:49:35

          Сказочники.

          Замечательно всё, от незнания элементарных вещей, до извращения научно и экспериментально доказанных фактов.

          Махровый атеист науки. Вы фсё врёте (С)

          Слышал я вашего Корузу — полная фигня

          Ходили на концерт?

          Нет, сосед Вася напел.

          Я вас поздравляю, у вас замечательный источник знаний.

Написать комментарий
Отмена
Для комментирования вам необходимо зарегистрироваться и войти на сайт,