Възел с 3000 пресичания: точката, в която квантовата система Helios ще остави зад себе си всички суперкомпютри по света

Милиардите инвестиции не са отишли в нищото, а в математиката.

Инвестициите в квантовите компютри възлизат на милиарди долари, но дали ще се оправдаят? Отговорът на този въпрос ще стане известен едва след много години. Още сега обаче се очертава една обещаваща област на приложение на тези устройства – топологията, раздел от математиката, изучаващ свойствата на формите, които се запазват при деформация.

През март специалисти от британската компания Quantinuum представиха революционно решение на класически математически проблем. Те разработиха начин за анализ на затворените линии в триизмерното пространство – структури, които математиците наричат възли. Този вид конфигурации са навсякъде около нас – от спиралите на ДНК до магнитните полета на звездите. За първи път компютърната система H2-2 успява бързо да идентифицира и систематизира най-сложните пространствени заплитания. Иляс Хан, ръководител на продуктовото развитие, обяви създаването на още по-усъвършенствана машина: до края на годината системата Helios ще може да се справя със задачи, които са непосилни дори за съвременните суперкомпютри.

Екипът на Мейханецидис прилага усъвършенствани изчислителни техники за определяне на специалните математически характеристики – инварианти. Тези величини, предложени от новозеландския математик Вон Джоунс, позволяват безпогрешно разграничаване на пространствените конфигурации. Принципът на действие се основава на факта, че на всяка фигура се присвоява уникален номер, който се запазва при всяка трансформация. Например, ако вземете въже и създадете от него плетеница, а след това промените формата му по желание, без да прекъсвате нишката, математическата същност ще остане непроменена.

На практика експертите прилагат математическата схема, създадена съвместно от Джоунс, Дорит Ахаронова и Зеф Ландау. Техниката превръща плоските диаграми в набор от команди за компютърната система. По време на тестовете конфигурацията H2-2 успешно анализира конфигурации, включващи повече от сто точки на пресичане на линии.

Подобни твърдения за „квантово превъзходство“ са правени и преди, но те в повечето случаи са се отнасяли до изкуствено създадени проблеми без практическа стойност. Традиционните изчислителни машини все още са способни да решават подобни задачи. Следващата разработка на британската компания обаче ще може да анализира структури с хиляди преплитания – подобна сложност съществуващите технологии не могат да преодолеят.

„Теоретичната връзка между пространствената геометрия и квантовите закономерности е известна отдавна, но едва сега успяхме да приложим тези знания“, казва Ахаронова.

Откритието има и важно практическо значение. Новият метод дава възможност да се провери правилността на квантовите системи, като се сравнят резултатите за различните начини на подредба на един възел. Това е особено ценно, тъй като в бъдеще традиционните компютри ще бъдат безсилни да контролират изчисленията на своите квантови събратя.

Следващата цел на учените е да приложат новата технология за изучаване хомологиите на Хованов – по-сложни характеристики, които разкриват основната природа на пространствените конфигурации. През месец януари международен екип от теоретици представи концепцията на съответната математическа схема.

„Не сме доказали напълно експоненциалното ускорение, но сме събрали сериозни доказателства в негова полза“, обяснява Александър Шмидхубер от Масачузетския технологичен институт.

„Изненадващите прилики между геометрията на пространството и законите на микрокосмоса разкриват основните принципи на природата“, разсъждава Ахаронова.

Тя смята, че разковничето може да се крие във феномена заплитане, при който микрочастиците образуват единна система, както и в способността на някои квантови състояния да запазват информацията при локални въздействия – точно както геометричните обекти не променят същността си при деформация.