Об их исследовании сообщается в выпуске Physical Review Letters от 18 июня.Область квантовых вычислений все еще относительно молода.
Квантовый компьютер, впервые предложенный в 1980-х годах, использует принципы квантовой механики (физика очень малых вещей, таких как электроны и фотоны) для обработки информации значительно быстрее, чем традиционные компьютеры. Классический компьютер имеет память, состоящую из битов (единиц информации), где каждый бит представляет либо единицу, либо ноль.
Квантовый компьютер поддерживает последовательность кубитов. Подобно биту, один кубит может представлять единицу или ноль, но он также может представлять любую квантовую суперпозицию этих двух состояний, то есть он может быть как единицей, так и нулем одновременно.
Хотя было построено несколько систем с несколькими кубитами, до полномасштабного квантового компьютера еще далеко. Кубитами сложно манипулировать, поскольку любое возмущение заставляет их выпадать из своего квантового состояния или «декогеренции», и их поведение больше не может быть объяснено квантовой механикой.
Были построены и другие неуниверсальные компьютеры большего размера, в том числе широко разрекламированный компьютер D-Wave, купленный НАСА и Google в прошлом месяце, но ни один из них в настоящее время не в состоянии заменить классические компьютеры.Теоретические прорывы в разработке квантовых алгоритмов немногочисленны и редки.
В 1994 году Питер Шор представил метод нахождения простых множителей больших чисел — возможность, которая сделала бы современную криптографию уязвимой. Пятнадцать лет спустя исследователи из Массачусетского технологического института представили алгоритм квантовых линейных систем (QLSA), который обещал обеспечить такую же эффективность системам линейных уравнений, решение которых имеет решающее значение для обработки изображений, видео, обработки сигналов, управления роботами, погоды. моделирование, генетический анализ и популяционный анализ, и это лишь некоторые из приложений.
«Но это не совсем помогло; исходя из их процесса, никто не мог понять, как получить полезный ответ из компьютера», — объясняет Дэвид Клэдер из APL, который вместе с Брайаном Джейкобсом и Чадом Спроусом написал: «Preconditioned Quantum Алгоритм линейной системы ".В представленном виде алгоритм имел три особенности, которые затрудняли применение к общим характеристикам проблемы и достижение обещанного экспоненциального ускорения, написали они. Из-за технических деталей постановки задачи на квантовом компьютере неясно, как применить ее к реальным вычислениям.
Вдобавок обещание экспоненциального ускорения было верным только для очень ограниченного набора линейных систем, которые обычно не существуют в реальных задачах. Наконец, получение полезного ответа из расчетов оказалось довольно трудным из-за сложностей, связанных с изначально вероятностной природой квантовых измерений.
В своей статье авторы описывают, как им удалось решить каждую из этих проблем, и извлечь полезную информацию из решения. Кроме того, они продемонстрировали применимость алгоритма, показав, как кодировать задачу вычисления поперечного сечения электромагнитного рассеяния, также известного как радиолокационное сечение (RCS).Измерения RCS становятся все более важными для военных. Это относится к мощности, которая будет возвращена объектом при освещении радаром.
Мощность показывает, насколько хорошо радар может обнаруживать или отслеживать эту цель, поэтому предпринимаются постоянные усилия по снижению RCS таких объектов, как ракеты, корабли, танки и самолеты. С помощью квантового компьютера исследователи APL теперь показали, что эти вычисления могут выполняться намного быстрее и моделировать гораздо более сложные объекты, чем это было бы возможно даже на самых мощных классических суперкомпьютерах.
Работа финансировалась Intelligence Advanced Research Projects Activity в рамках программы Quantum Computer Science, которая исследует вопросы, касающиеся вычислительных ресурсов, необходимых для запуска квантовых алгоритмов на реалистичных квантовых компьютерах.