Математики из Карелии и Италии нашли новый способ оптимизировать квантовые вычисления

Молодая исследовательница-математик из Петрозаводска Мария Макарова окончила аспирантуру КарНЦ РАН и итальянского Университета Тренто. Сегодня она работает на стыке математики и информатики в области квантовых вычислений.

Квантовые компьютеры — это будущее, основы которого создаются прямо сейчас, но пока эти инновационные устройства довольно уязвимы: физические особенности и сложность взаимодействия квантовых частиц вызывают дорогостоящие ошибки в расчетах. Ученые со всего мира, в том числе математики из ИПМИ КарНЦ РАН, решают задачи по оптимизации их вычислений.

— Я занялась темой квантовых вычислений уже после окончания университета, поступив в Университет Тренто, под руководством профессора кафедры информационной инженерии и компьютерных наук Энрико Бланзиери. Это относительно новая тематика, в том числе в мировой науке, что меня очень привлекло. Приходилось осваивать тему с азов. Сейчас мы работаем на стыке математики и информатики — над оптимизацией квантовых цепей, сложноконструируемых, но универсальных моделей, которые позволяют выполнить любое вычисление, — рассказала Мария Макарова.

В журнале Lobachevskii Journal of Mathematics вышла научная статья сотрудников ИПМИ КарНЦ РАН Марии Макаровой и Александра Румянцева и итальянского ученого Энрико Бланзиери, в которой предложен способ оптимизации работы квантовой цепи методом  квантового отжига. Это специальный метод, который находит оптимальное расположение кубитов ( базовая единица информации в квантовых вычислениях) с минимумом перестановок. Метод успешно протестирован на квантовом компьютере D-Wave и показал результаты не хуже, а иногда и лучше классических аналогов.

— Считается, что всякая физическая система стремится к состоянию с наименьшей энергией. При квантовом отжиге система также подвергается медленным изменениям, но в результате остается в своем основном состоянии. И мы подбираем такую конфигурацию, в которой для этого потребуется меньше энергии, — отметила ученый.

Метод квантового отжига  давно известен и широко используются в квантовых вычислениях. Новизна исследования математиков из ИПМИ КарНЦ РАН — в применении их в связке для оптимизации квантовой цепи, а значит для минимизации ошибок и повышения эффективности вычисления.

Квантовые системы уже применяются в криптографии для обеспечения безопасности данных, в управлении потоками транспорта мировых столиц, для обучения искусственного интеллекта. Огромна перспектива их использования в медицине: от разработки новых лекарств и вакцин до расшифровки генома.

С исследованием можно познакомиться по ссылке.

Добавим, что  квантовая информатика - это область науки, изучающая способы обработки, хранения и передачи информации с использованием принципов квантовой механики.