En forskare från Skoltech har fyllt i luckorna som kopplar samman kvantsimulatorer med mer traditionella kvantdatorer, upptäcka en ny beräkningsmässigt universell modell för kvantberäkning, variationsmodellen. Tidningen publicerades som ett brev i tidskriften Fysisk granskning A . Arbetet gjordes i Redaktörens förslagslista.

En kvantsimulator är byggd för att dela egenskaper med ett målkvantsystem vi vill förstå. Tidiga kvantsimulatorer var "dedikerade" - det betyder att de inte kunde programmeras, inställda eller justerade och så skulle kunna efterlikna ett eller mycket få målsystem. Moderna kvantsimulatorer möjliggör viss kontroll över sina inställningar, ger fler möjligheter.

I motsats till kvantsimulatorer, den sedan länge utlovade kvantdatorn är ett fullt programmerbart kvantsystem. Även om det är svårt att bygga en fullt programmerbar kvantprocessor, bullriga kvantprocessorer som kan köra korta kvantprogram och erbjuder begränsad programmerbarhet finns nu i ledande laboratorier runt om i världen. Dessa kvantprocessorer är närmare de mer etablerade kvantsimulatorerna.

Trots dagens prototyp kvantprocessorer som lider av buller och en allmän brist på kontrollerbarhet, vi har sett fantastiska demonstrationer av kvantberäkningsöverlägsenhet av Google såväl som forskare i Kina. Kvantberäkningsöverlägsenhet visar att kvantprocessorer kan utföra vissa uppgifter dramatiskt snabbare än till och med världens ledande superdatorer.

Kvantberäkningsöverlägsenhet uppnåddes med endast begränsad programmerbarhet:ett fast och kort kvantprogram, eller krets, kan ställas in, följt av förenklade kvantmätningar. Forskare runt om i världen ifrågasätter hur långt detta förenklade tillvägagångssätt kan drivas mot tillämpningar som är mer praktiska än kvantöverhöghet.

"När blir en kvantsimulator en kvantdator? Kvantprocessorerna på Google och på andra ställen har ofta beskrivits som" belägna någonstans mellan en dedikerad kvantsimulator och en programmerbar kvantdator. "Den ad hoc -metod som Google och andra använde var att variationsjustering av en kvantkrets för att minimera en kostnadsfunktion som beräknas klassiskt. Detta tillvägagångssätt visar sig representera en universell modell för kvantberäkning, vilket betyder att en kvantsimulator bara behöver begränsad ytterligare kontroll för att utföra allmänna kvantalgoritmer, ", konstaterar Skoltechs docent Jacob Biamonte.

Biamonte, som leder Laboratory for Quantum Information Processing, har bevisat, som redaktörerna för tidskriften noterar, "att den samtida variationsstrategin för kvantförstärkta algoritmer möjliggör en universell modell för kvantberäkning." Redaktionen fortsatte med att konstatera, "Detta för de resurser som krävs för universell kvantberäkning närmare samtida kvantprocessorer."

"Studien överbryggar gapet mellan en programmerbar kvantsimulator och en universell kvantdator. Analysen gav ett nytt sätt att implementera kvantalgoritmer med hjälp av ett variationssätt, " säger Biamonte.