Исследователи из России разработали подход, который позволяет использовать кудиты — многоуровневые вычислительные блоки квантовых компьютеров — для моделирования квантовых магнитных материалов, которые почти невозможно промоделировать при помощи обычных суперкомпьютеров.
Об этом ТАСС сообщила пресс-служба НИТУ МИСИС. Учёные пояснили, что моделирование процессов на уровне отдельных атомов и элементарных частиц требует огромного количества времени и вычислительных ресурсов. Особенно это касается расчётов, связанных с изучением поведения многочастичных квантовых систем с большим числом состояний, к числу которых относятся различные экзотические квантовые магнитные материалы. Квантовые компьютеры позволяют решать многие подобные задачи, однако использование для этих расчётов обычных двухуровневых кубитов налагает существенные накладные расходы.
Российские физики обнаружили, что эти затраты можно уменьшить, если использовать для расчётов кудиты.
Как пояснил инженер НИТУ МИСИС Максим Гавреев, использование многоуровневых квантовых систем позволяет напрямую и более эффективно моделировать сложные квантовые процессы без необходимости упрощать их до двухуровневых кубитных моделей. Учёные разработали новый квантовый алгоритм и два варианта разложения сложной квантовой динамики на набор простых операций, которые можно выполнить с помощью уже существующих кудитных квантовых процессоров. Оба подхода используют особые типы логических операций, адаптированные для работы с кудитными компьютерами, что позволяет воспроизводить динамику многочастичных квантовых систем на реальных квантовых устройствах, а также выявлять резкие изменения в поведении системы со временем.
Директор Института физики и квантовой инженерии НИТУ МИСИС Алексей Федоров подытожил, что результаты исследования открывают путь к более компактной и точной реализации квантовых симуляций на существующих платформах, что особенно значимо для развития квантовых технологий в ближайшие годы. Он также подчеркнул, что учёные предложили оригинальный квантовый алгоритм на основе кудитов.
