Учени откриха как да ускорят квантовите изчисления, използвайки фракталност

Международен екип от физици от Русия, Германия и ОАЕ показа, че една от основните теории за изчисления в квантовата термодинамика – моделът на Швингер има фрактални свойства, които могат да се използват за ускоряване на квантовите изчисления.

Използвайки това свойство, квантовите компютри ще могат да се използват за ускоряване на решаването на проблеми в областта на логистиката, машинното обучение и криптографията.

Моделът на Швингер е разработен през 50-те години на миналия век. Въпреки, че е една от основните и добре изучени теории, той има редица нетривиални характеристики, присъщи на по-сложните теории. Аналитично той е решим в специалните случаи на частици без маса или невзаимодействащи частици, но в общия случай решението е неизвестно, така че моделът е сложен проблем както за аналитичните, така и за числените методи.

Други модели на QED (квантовата електродинамика) имат фрактални свойства, например моделите на Хайзенберг и Изинг, описващи магнитните свойства на материалите. В такива случаи съществува възможност за опростяване на описанието на моделите и ускоряване на изчисленията, тъй като броят на компонентите, участващи в изчисленията може да бъде намален поради тяхната фракталност (самоподобност) и сложната квантова система няма да бъде толкова сложна.

В нова статия, публикувана в списанието Physical Review Letters учените за първи път показват, че моделът на Швингер също има фрактални свойства и това позволява да се прилага за изчисления т.нар. ансац – метод, когато за изчисляването на система с голям брой обекти за основа се взема описание с по-малък брой частици. Доказателството е дадено за модела на Швингер.

„Досега не е наблюдавано моделът на Швингер да има самоподобна структура в основно състояние. Изхождайки от точното решение за система с малък размер, ние конструираме описание за система с по-голям брой частици, като използваме подхода на фракталния ансац. Нашият метод е много ефективен. Смятаме, че той може да бъде приложен към по-широк клас модели.“

каза съавторът на изследването Алексей Федоров, директор на Института по квантова физика към НИТУ МИСИС и ръководител на изследователската група „Квантови информационни технологии“ към Руския квантов център

Тъй като извършената работа засяга едноизмерна система, задачата на бъдещите изследвания трябва да бъде да се достигне до дву и триизмерни системи. Това ще даде възможност да се премине към създаването на по-съвършени квантови процесори, базирани на многостепенни кюбити, в чието разработване руските учени вече имат опит.