Учёные из Лос-Аламоса доказали преимущество квантовых компьютеров в новой задаче!
Исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории сделали важный шаг в развитии квантовых вычислений. В своей новой работе, опубликованной в журнале *Physical Review Letters*, они представили задачу, которую классические компьютеры не могут эффективно решить, в то время как квантовые справляются с ней значительно лучше. Это редкий и ценный пример так называемого «квантового преимущества».
Команда так же сосредоточилась на моделировании сложной оптической схемы, включающей множество источников света, полупрозрачных зеркал (светоделителей) и фазовращателей. Такие схемы называются гауссовыми бозонными и представляют собой физически реалистичные модели, которые можно воспроизвести в лаборатории. Они используются, например, в квантовой оптике и фотонных вычислениях.
Проблема в том, что классическое моделирование таких систем требует экспоненциально растущих вычислительных ресурсов. Даже просто описать поведение всей системы на обычном компьютере — задача практически невозможная. Однако квантовый компьютер способен эффективно справиться с этим моделированием благодаря использованию принципов квантовой физики: суперпозиции, запутанности и интерференции.
Теоретическая значимость.
Авторы показали, что задача моделирования гауссовых бозонных схем относится к классу BQP-полных. Это означает, что она является типичной для квантовых вычислений и одновременно крайне сложной для классических алгоритмов. Более того, любая другая задача из этого класса может быть сведена к данной, и наоборот. Это делает её важным ориентиром в теории квантовой сложности.
Роль студенческого вклада.
Интересно, что ключевую роль в проекте сыграла студентка летней школы квантовых вычислений Элис Барт, которая работает в ЦЕРН. Обладая глубокими знаниями в области оптических схем и квантовых алгоритмов, она внесла решающий вклад в разработку модели. Её участие стало возможным благодаря стажировке в Лос-Аламосской лаборатории — престижной программе, где студенты старших курсов и магистратуры работают над реальными научными проектами под руководством опытных исследователей.
Вывод!
Это исследование не только расширяет список задач, где квантовые компьютеры демонстрируют явное преимущество, но и приближает нас к практическому использованию квантовых технологий. Оно также подчёркивает важность междисциплинарного подхода и вклад молодых учёных в передовые научные открытия.
