Заплутаність у квантових обчисленнях виступає ключем до швидкості вирішення найскладніших математичних задач.
Нове дослідження, проведене Ахімом Кемпфом і Ейнаром Габбасовим з Університету Ватерлоо та Інституту теоретичної фізики Perimeter, розкриває глибинний зв’язок між обчислювальною складністю задачі та кількістю квантової заплутаності, яку має створити комп’ютер для її вирішення. Як зазначає Габбасов, “як тільки два кубіти переплутані, їх неможливо розглядати окремо — вони стають єдиною сутністю в одному стані”.
Квантова заплутаність — це явище, яке Ейнштейн назвав “моторошною дією на відстані”, коли стан однієї частинки миттєво впливає на іншу, незалежно від відстані. Саме ці унікальні властивості лежать в основі переваг квантових обчислень над класичними комп’ютерами. У дослідженні підкреслюється: що складнішим є ландшафт математичної задачі, то складнішою має бути структура заплутаності між кубітами.
Науковці порівнюють обчислювальну складність із географічним рельєфом. “Уявіть, що вас спускають з парашутом на складний ландшафт, і ви шукаєте найглибшу точку, де захований скарб”, — пояснює Кемпф. У простих задачах — це одна долина. У складних — це переплетення гір, ям і ущелин. І саме тут квантові комп’ютери мають перевагу — вони можуть шукати в усіх долинах одночасно.
Заплутаність у системі змінюється синхронно з геометрією обчислювального ландшафту: частинки розплутуються і знову переплітаються відповідно до зміни задачі. “Складні задачі вимагають великої кількості маніпуляцій із заплутаністю з постійними змінами”, — зазначає Габбасов. Це дозволило вченим створити нову методику — “межу швидкості” квантового комп’ютера, яка визначає, наскільки швидко можна розв’язати задачу, виходячи з обсягу необхідної заплутаності.
Дослідження було проведено на адіабатичних квантових комп’ютерах, однак ці результати можуть бути застосовані і до схемотехнічних (цифрових) квантових машин, оскільки між ними існує функціональна еквівалентність. Це відкриває шлях до універсального застосування нового підходу в усій квантовій індустрії — від оптимізації логістичних ланцюгів до біомедичних розрахунків.
Серед компаній, що розробляють відповідне обладнання, — Google, IBM, Microsoft, D-Wave, Quantinuum, а також інші лідери галузі. Вони можуть використати це відкриття для вдосконалення архітектури квантових процесорів і створення ефективнішого програмного забезпечення. “Ми, по суті, створили новий міст між математикою і фізикою”, — підсумовує Кемпф.
Це дослідження не лише наближає квантові обчислення до реального практичного використання, а й відкриває перспективи для подальших відкриттів у галузі алгоритмічного дизайну, машинного навчання й штучного інтелекту. У майбутньому нові уявлення про заплутаність можуть стати фундаментом для розробки квантових алгоритмів, здатних досягати максимальної продуктивності в умовах фізичних обмежень.
#Вчені #визначили #межу #швидкості #квантових #обчислень
Source link
