Квантовые компьютеры сымитирут столкновения частиц
По словам теоретиков, в том числе из Национального института стандартов и технологий (NIST), в один прекрасный день физики смогут использовать квантовые компьютеры для изучения внутренней работы Вселенной, которая является запредельной даже самых мощных суперкомпьютеров, сообщает «PC-News.info».
Квантовые компьютеры требуют технологии, которая не может быть усовершенствована даже в течение многих десятилетий, но они весьма перспективны для решения сложных задач. Переключатели в их процессорах будут использовать квантовую механику - законы, которые регулируют взаимодействие субатомных частиц. Эти законы позволяют квантовым переключателям быть в нескольких состояниях одновременно, поэтому они будут иметь возможность рассмотреть все возможные пути решения проблемы сразу.
Это уникальный талант, находящийся далеко за пределами возможностей современных компьютеров, может позволить квантовым компьютерам решать некоторые в настоящее время трудно решаемые проблемы, такие как нарушение сложных кодов, а также более сложные проблемы.
«Мы имеем теоретическую модель квантового компьютера, и один из главных вопросов: какие физические процессы, происходящие в природе, модель не сможет представить эффективно?» - сказал Стивен Джордан, теоретик из отдела «NIST» в области прикладной и вычислительной математики. «Возможно ли такое, что столкновения частиц, могли стать ранней Вселенной после Большого Взрыва? Можем ли мы использовать квантовый компьютер, чтобы имитировать их и предсказать, чего нам стоит ожидать?»
Подобные вопросы включают отслеживание взаимодействий различных элементов - ситуация, которая становится слишком сложной для самых мощных современных компьютеров.
Команда разработала алгоритм (последовательность команд, которые могут выполняться неоднократно), который может работать на любой функционирующем квантовом компьютере, независимо от конкретной технологии, которые впоследствии будут использованы для его создания. Алгоритм может моделировать все возможные взаимодействия между двумя элементарными частицами сталкивающимися друг с другом - это то, что в настоящее время требует многолетних усилий и больших акселераторов для изучения.
Моделирование этих столкновений является очень трудной задачей для современных цифровых вычислительных машин, потому что квантовое состояние сталкивающихся частиц является очень сложным и, следовательно, трудно представляется с возможным числом бит. Однако, алгоритм кодирует информацию, описывающую квантовое состояние гораздо более эффективно с использованием массива квантовых переключателей, что делает вычисления гораздо более разумными.
Значительный объём работы по алгоритму был выполнен в Калифорнийском технологическом институте (California Institute of Technology). Соавторами являются постдок Кейт Ли, магистр естественных наук (теперь постдок в Питтсбургском университете - University of Pittsburgh) и профессора теоретической физики из Калифорнийского технологического института, Джон Прескилл и Ричард П. Фейнман.
Команда использовала принципы квантовой механики, чтобы доказать, что их алгоритм может суммировать эффекты взаимодействия сталкивающихся частиц достаточно хорошо, чтобы генерировать тип данных для ускорителя.
«В моделировании можно поднять сложность проблемы за счёт увеличения энергии частиц и столкновений, но трудность решения проблемы протекает не совсем быстро и проблема становится неуправляемой», - говорит Прескилл. «Квантовый компьютер мог бы обработать это реально».
Хотя данный алгоритм касается только одного конкретного типа столкновения, учёные предполагают, что их работа может быть использована для изучения всей теоретической основы, на которой лежит фундаментальная физика.
«Мы считаем, что эта работа может быть применена ко всей стандартной физической модели», - говорит Стивен Джордан. «Это позволит квантовым компьютерам служить своего рода аэродинамической трубой для того, чтобы проверить идеи, которые часто требуют особых ускорителей».