Ученые из США впервые использовали квантовое вычислительное «облако», недавно запущенное компанией IBM в глобальной сети, для просчета результатов реальных экспериментов и открытия новых свойств материи, говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.

«Наша работа — первый шаг к созданию масштабируемых вычислительных систем, позволяющих просчитывать структуру ядра атома при помощи квантовых процессоров и квантовых облаков. Наш эксперимент на деле показывает, что мы можем «заставить» серьезные научные алгоритмы работать даже на самых примитивных квантовых устройствах», — пишут Юджин Думитреску (Eugene Dumitrescu) из Национальной лаборатории Оак-Ридж в Ноксвилле (США).

Квантовые компьютеры можно использовать не только для ведения вычислений, но и в качестве своеобразных «симуляторов реальности», позволяющих ученым изучать то, что происходит с частицами на микроуровне, используя гораздо более крупные и «удобные» для работы кубиты, ячейки памяти компьютера, в качестве их аналога.

К примеру, за последние два года физики из России, Австрии и США использовали подобные машины для изучения того, как пары частиц и античастиц рождаются из «пустоты» вакуума, и предсказали открытие так называемых «квантовых шрамов». Михаил Лукин, один из ведущих специалистов в области квантовых вычислений и первооткрывателей этих структур, считает их изучение самой интересной задачей науки сегодня.

Подобные машины, как отмечает Думитреску, существуют сегодня лишь в единицах лабораторий и они доступны лишь небольшому числу физиков, химиков или других ученых. С другой стороны, год назад компания IBM создала первое квантовое облако, позволяющее пользователям глобальной сети вести вычисления на трех квантовых машинах корпорации, двух пятикубитных и одном 16-кубитном компьютере.

Думитреску и его коллеги проверили, можно ли использовать это облако не только для первых простых «экспериментов» с простейшими квантовыми вычислениями, но и для ведения серьезной научной работы. В рамках этой идеи они попытались просчитать на этом облаке достаточно сложную для него задачу — вычислить силу связей между нуклонами внутри атома дейтерия, «тяжелого» водорода.

Как объясняют физики, пятикубитный квантовый компьютер IBM не может решать подобные задачи напрямую. Поэтому им пришлось разработать специальный адаптированный алгоритм, позволивший им «размазать» свойства протона и нейтрона в ядре дейтерия на пять ячеек памяти этой машины и просчитать их взаимодействия.

Результаты этих вычислений ученые проверили при помощи второй 16-кубитной машины в облаке, реализовав на ней похожий алгоритм. Как показали эти опыты, просчитанная энергия связи между протоном и нейтроном была в целом одинаковой для той и другой вычислительной системы, отличаясь всего на 2-3% от значений, полученных экспериментальным путем.

Решение этой задачи, как отмечает Думитреску, не несет за собой каких-то новых открытий в области физики элементарных частиц. С другой стороны, более сложные эксперименты, которые можно будет реализовать на более крупных машинах, позволят физикам заглянуть туда, куда не может пробиться БАК и другие ускорительные комплексы.