Съвършеното е враг на бързото: Квантовите компютри доказаха превъзходството си по необичаен начин

Физици от Университета на Южна Калифорния (USC) представиха убедителни доказателства за превъзходството на квантовите компютри. Резултатите от научната работа, публикувани в списание Physical Review Letters показват: новото поколение машини значително по-бързо намират оптималните параметри в сложни математически задачи, ако се вземе предвид един малък, но много важен нюанс.

Пробивът е станал възможен благодарение на метода на квантовото отгряване – подход, който имитира естествените процеси в металите при тяхното охлаждане.

Точно както атомите в охлаждащия се материал образуват най-стабилната структура, елементите в чипа постепенно приемат оптималното разположение. По този начин законите на квантовата механика позволяват на частиците да „изтичат“ през енергийните бариери, като намират глобалните енергийни минимуми много по-бързо, отколкото биха го направили при нормални условия.

„Такива нискоенергийни състояния съответстват на най-добрите варианти за поставените задачи.“

обяснява ръководителят на проекта Даниел Лидар, професор по електроинженерство, химия, физика и астрономия в USC

Основното предимство на метода е, че позволява едновременно разглеждане на огромен брой възможни решения, докато традиционните алгоритми трябва да преминат през вариантите последователно.

В продължение на много години научната общност се опитва да демонстрира нарастващия потенциал на технологиите, основани на законите на микрокосмоса: предимствата им трябва да нарастват със сложността на поставената задача. Математическите изчисления предвиждаха тази възможност, но нямаше практически доказателства. Успехът дойде, когато учените изместиха фокуса си от абсолютната точност към намирането на приблизителни отговори.

Тестовете се проведоха в съоръжението D-Wave Advantage в Института за информационни науки на USC. Подобно на всички съвременни устройства, които използват ефектите на квантовата механика, това устройство страда от външни смущения. За да се пребори с изкривяването, изследователският екип разработи специална техника за корекция, като създаде повече от 1300 защитени логически елемента. Подходът заобикаля възможностите на най-напредналия традиционен метод – алгоритъма за паралелно отгряване с изоенергетични клъстерни движения.

Специалистите избрали математически модели на спинови стъкла – специални магнитни материали с хаотично подреждане на частиците – за да сравнят ефективността на различните подходи.

„Тези среди често се превръщат в тестова площадка за нови алгоритми поради изключителната сложност на процесите, протичащи в тях.“

обяснява Лидар

А основният критерий за успех не е абсолютната точност, а скоростта на намиране на приемлив резултат – времето, за което алгоритъмът успява да намери решение, което се отклонява от идеалното решение с не повече от даден процент.

Този вид оценка има много практически приложения. В реалния свят рядко се налага да се намери едно единствено правилно решение. Например, мениджърът на инвестиционен фонд трябва да избере само набор от активи, който да надминава пазарните индекси. Подобни условия са характерни за транспортната логистика, инженерното проектиране и други области, в които оптимизацията е важна.

Екипът на Лидар се подготвя да разшири границите на приложение на своята технология, като започне да изследва по-сложни проблеми с многомерни параметри и плътни взаимовръзки между елементите.

„Модернизирането на оборудването и подобряването на защитата от смущения ще ни позволят да постигнем още по-впечатляващи резултати. Пред нас се откриват нови хоризонти в създаването на алгоритми за области, в които абсолютната точност не е задължително условие.“

казва ръководителят на проекта