پیشرفت نرم افزار شبیه سازی های کوانتومی پیچیده را به کامپیوترهای استاندارد می آورد

ویرایش شده توسط گابی کلارک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

یک مطالعه نشان می دهد که یک پیشرفت نرم افزاری بزرگ می تواند به ایجاد کامپیوترهای کوانتومی بزرگتر و قابل اعتمادتر کمک کند. محققان الگوریتمی توسعه داده‌اند که رایانه‌های خارج از قفسه را قادر می‌سازد شبیه‌سازی‌های کوانتومی را اجرا کنند که قبلا تنها با استفاده از قوی‌ترین ابررایانه‌های جهان امکان‌پذیر بود.

این تیم می‌گوید این بدان معناست که شبیه‌سازی‌ها را می‌توان با استفاده از حدود 5 درصد از توان محاسباتی که قبلا برای انجام آنها با یک ابر رایانه لازم بود، اجرا کرد.

کارشناسان می‌گویند این پیشرفت می‌تواند اجرای آزمایش‌ها را برای درک محدودیت‌های رایانه‌های کوانتومی فعلی و اطلاع‌رسانی در مورد طراحی دستگاه‌های بهبودیافته، ارزان‌تر و آسان‌تر کند.

کامپیوترهای کوانتومی، از نظر تئوری، می‌توانند محاسباتی بسیار فراتر از توانایی‌های پیشرفته‌ترین ابررایانه‌ها انجام دهند، اما دستگاه‌های فعلی کوچک و مستعد خطا هستند و مانع عملکرد آنها می‌شوند.

کلید اطلاع رسانی برای ایجاد رایانه های کوانتومی بزرگتر و قابل اعتمادتر، توسعه الگوریتم هایی برای شبیه سازی نحوه عملکرد دستگاه ها در واقعیت است. با این حال، اجرای این شبیه‌سازی‌ها تاکنون به مقادیر زیادی از توان محاسباتی در دسترس تنها در تعداد معدودی از امکانات در سراسر جهان نیاز داشته است.

الگوریتم جدید توسط تیمی به سرپرستی دانشمندان دانشگاه ادینبورگ و EPCC، اولین مرکز ملی ابر رایانه بریتانیا، که بخشی از دانشگاه است، توسعه داده شد.

این تیم می گوید که این کار می تواند به توسعه دستگاه های کوانتومی مبتنی بر نور، یکی از چندین شاخه تحقیقات کوانتومی فعلی توسط دانشگاهیان و صنعت کمک کند.

برای اولین بار، این الگوریتم رایانه‌های استاندارد را قادر می‌سازد تا نمونه‌برداری به اصطلاح بوزون گاوسی را اجرا کنند، شبیه‌سازی که برای نشان دادن قابلیت‌های برتر دستگاه‌های کوانتومی تغذیه‌شده با نور - معروف به رایانه‌های کوانتومی فوتونیک طراحی شده است.

در آزمایش‌ها، محققان دریافتند که رایانه‌های کلاسیک با استفاده از این الگوریتم می‌توانند با برخی از دستگاه‌های کوانتومی فعلی برای اجرای شبیه‌سازی‌ها مطابقت داشته باشند و حتی عملکرد بهتری داشته باشند.

محققان در حال کار بر روی مقیاس‌بندی نحوه استفاده از الگوریتم هستند و به طور بالقوه امکان اجرای شبیه‌سازی‌های بسیار بزرگ‌تر را با استفاده از همان قدرت محاسباتی فراهم می‌کنند. این تیم می‌گوید که این می‌تواند به دانشمندان امکان شبیه‌سازی کامپیوترهای کوانتومی فوتونیک را با جزئیات بی‌سابقه بدهد.

این تحقیق که در مجله Science Advances منتشر شده است، همچنین دانشمندانی از Polytechnique Montréal، کانادا را شامل می شود.

دکتر رائول گارسیا-پاترون سانچز، از دانشکده انفورماتیک دانشگاه ادینبورگ، که این مطالعه را رهبری کرد، گفت: "شبیه سازی کلاسیک مدارهای محاسباتی کوانتومی در مقیاس بزرگ تا کنون از طریق ترکیبی از الگوریتم های هوشمندانه و استفاده فشرده از ابر محاسباتی به دست آمده است. کار ما به بهبود قابل توجهی در زمان اجرا و انرژی کوانتومی در حافظه کوانتومی کمک کرده است. دستگاه‌های محاسباتی، تبدیل به جریان اصلی آنچه قبلا فقط برای تعداد معدودی از امکانات در جهان قابل دسترسی بود."

تام داد و همکاران، شبیه‌ساز نمونه‌گیری سریع و مقرون به صرفه گاوسی، پیشرفت علم (2026). DOI: 10.1126/sciadv.aef8431. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aef8431

کارشناسی ارشد زبان انگلیسی، ویرایشگر کپی از سال 2021 با تجربه در آموزش عالی و محتوای بهداشتی. تقدیم به اخبار معتبر علمی. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →