«Стивен Хокинг однажды заявил, что 21-й век — это« век сложности », поскольку многие из самых насущных проблем сегодняшнего дня, такие как понимание изменения климата или проектирование транспортной системы, связаны с огромными сетями взаимодействующих компонентов», — говорит он.«Их моделирование, таким образом, является чрезвычайно сложной задачей, требующей хранения беспрецедентных объемов данных.
Наши эксперименты демонстрируют, что решение может исходить из квантовой теории, путем кодирования этих данных в квантовую систему, такую как квантовые состояния света».Эйнштейн однажды сказал, что «Бог не играет в кости со Вселенной», выразив свое пренебрежение идеей о том, что квантовые частицы содержат внутреннюю случайность.«Но теоретические исследования показали, что эта внутренняя случайность — как раз тот ингредиент, который необходим для снижения затрат на память для моделирования частично случайной статистики», — говорит доктор Майл Гу, член команды, разработавшей первоначальную теорию.
В отличие от обычной двоичной системы хранения — нулей и единиц битов — квантовые биты могут быть одновременно 0 и 1, явление, известное как квантовая суперпозиция.Исследователи в своей статье, опубликованной в Science Advances, говорят, что эта свобода позволяет квантовым компьютерам хранить множество различных состояний моделируемой системы в различных суперпозициях, используя меньше памяти в целом, чем в классическом компьютере.Команда создала экспериментальный квантовый симулятор, использующий фотон — единственную частицу света — взаимодействующий с другим фотоном.Они измерили требования к памяти этого симулятора и сравнили их с основными требованиями к памяти классического симулятора, когда они использовались для моделирования определенных частично случайных процессов.
Данные показали, что квантовая система может выполнить задачу с гораздо меньшим объемом хранимой информации, чем классический компьютер — в 20 раз лучше в лучшем случае.«Хотя система была очень маленькой — даже для обычного моделирования требовался всего один бит памяти — она доказала, что квантовые преимущества могут быть достигнуты», — говорит Прайд.
«Теоретически большие улучшения могут быть реализованы и для гораздо более сложных симуляций, и одна из целей этой исследовательской программы — продвинуть демонстрации к более сложным проблемам».