На початку цього року експерименти перевершили очікування, розширивши межі можливостей класичних обчислень. Не лише класична бінарна технологія змогла вирішити задачу, яку вважали доступною тільки для квантових комп’ютерів, але й перевершила її.
Тепер фізики з Центру обчислювальної квантової фізики Інституту Флатайрон у США пояснили це досягнення, яке може допомогти краще визначити межі між двома радикально різними методами обчислень.
Задача полягає в моделюванні динаміки так званої моделі Ізінга з поперечним полем (TFI), яка описує вирівнювання квантових спінових станів між частинками, що розподілені по простору.
З огляду на природу проблеми, її вважали ідеальним об’єктом для перевірки поточних меж квантових обчислень, що використовують математичну основу ймовірності існування невидимих частинок у невизначеному стані.
Незважаючи на успішний тест, наступні експерименти показали, що класичні комп’ютери також можуть впоратися з цією задачею.
За словами Джозефа Тіндала та Дріса Селса з Інституту Флатайрон, це стало можливим завдяки явищу, яке називається конфайнментом, коли в межах складної взаємодії частинок з’являються надзвичайно стабільні стани, що дають класичним комп’ютерам можливість змоделювати ситуацію.
“Ми насправді не вводили жодних передових технологій”, каже Тіндал. “Ми просто зібрали багато ідей в компактний і елегантний спосіб, що дозволило вирішити проблему.”
Квантовий конфайнмент
Конфайнмент полегшує вирішення проблеми. (Lucy Reading-Ikkanda/Simons Foundation) Ключем до дослідження стало виявлення конфайнменту в моделі TFI та використання цього явища. Конфайнмент — це не нове явище, але до цього часу його не асоціювали з цією моделлю.
Конфайнмент утримує частинки в менших групах, обмежуючи доступну енергію та створюючи бар’єри для розповсюдження сплутаних патернів, що характерні для квантової фізики. Це схоже на розв’язування маленької частини величезної головоломки, замість того, щоб вирішувати всю.
Завдяки серії симуляцій і розрахунків дослідницька група змогла продемонструвати, що алгоритми класичних комп’ютерів можуть описати те, що відбувається в моделі TFI, при цьому ефективніше і точніше, ніж квантові комп’ютери.
“У цій системі магніти не просто розкидаються”, каже Тіндал. “Вони фактично будуть коливатися навколо свого початкового стану, навіть на дуже довгих часових масштабах.”
“Це досить цікаво з фізичної точки зору, тому що це означає, що система залишається в стані, який має дуже специфічну структуру, а не є абсолютно безладним.”
Отримані результати визначають межі того, чого можна очікувати від квантових комп’ютерів, зокрема, які завдання вони можуть виконувати, а класичні системи не здатні (тепер ми можемо викреслити це з цього списку). Однак багато з цих можливостей ще має бути реалізовано, і вчені продовжують тестувати ці системи, щоб побачити, що є можливим.
“Є якась межа, що відокремлює те, що може робити квантовий комп’ютер, від того, що можуть робити класичні комп’ютери”, каже Тіндал.
“Зараз ця межа надзвичайно розмита. Я думаю, що наша робота допомагає трохи прояснити цю межу.”
Дослідження було опубліковано в Physical Review Letters.