Вчені змоделювали 45-кубітную квантову обчислювальну систему

Математичне моделювання є єдиним на сьогоднішній день способом вивчення функціонування квантових обчислювальних систем.

Але, через високу складності принципів роботи таких систем збільшення числа модельованих квантових бітів (кубітів) вимагає експоненціального збільшення обчислювальної потужності використовуваних для моделювання звичайних обчислювальних систем. Все це є причиною того, що найскладнішою квантової обчислювальної системою, яку вдавалося змоделювати до останнього часу, була система з не дуже великою кількістю, точніше, з трьома десятками кубітів.

Однак, дослідники Томас Хенер (Thomas Haner) і Даміан Стайгер (Damian Steiger) зі Швейцарського федерального технологічного інституту (Swiss Federal Institute of Technology, ETH) в Цюріху зібралися в найближчому часі провести розрахунки математичної моделі квантового комп’ютера з 49 кубитами. Для розрахунків цієї моделі буде використаний п’ятий у світі за потужністю суперкомп’ютер , система Cori II, яка перебуває в Національній лабораторії імені Лоуренса в Берклі. У складі цього суперкомп’ютера налічується 9 304 обчислювальних вузла, кожен з яких містить 68-ядерний процесор Intel Xeon Phi 7250, що працює на тактовій частоті 1.4 ГГц. Обсяг пам’яті цієї системи складає один петабайт, а її пікова продуктивність – 29.1 Пфлопс.

Під час попередніх досліджень Хенер і Стайгер використовували можливості суперкомп’ютера Cori II для моделювання квантових обчислювальних систем з 30, 36, 42 і 45 кубитами. Для розрахунків найбільшої моделі використовувалися 8 192 обчислювальних вузлів, 0.5 петабайта пам’яті і обчислювальна потужність в 0.428 петафлопс.

Отримані в ході недавніх розрахунків результати були порівняні з результатами моделювання 30 і 36-кубітних квантових комп’ютерів, виконаних раніше за допомогою менш потужного суперкомп’ютера під назвою Edison, який також знаходиться в лабораторії імені Лоуренса. Порівняння показало, що прискорення розрахунків математичних моделей було не просто результатом використання більш потужного суперкомп’ютера, досить вагома частина цього прискорення була отримана за рахунок використання нових оптимізованих алгоритмів математичних моделей.

Виробляючи серії розрахунків моделей квантових комп’ютерів зі зростаючою кількістю кубітів, Хенер і Стайгер постійно вносили зміни до початкового коду моделі, прибираючи з нього все зайве, оптимізуючи і прискорюючи роботу наявних ділянок. І в результаті цієї роботи нинішній код працює на порядок швидше коду, використаного в найперших моделях.

Існуюча математична моделі використовує числа з плаваючою комою звичайної точності для розрахунків складних процесів і амплітуд квантових коливань. Хенер і Стайгер впевнені, що в використовуваному коді є ще кілька можливостей для його подальшої оптимізації, що дозволить їм незабаром провести розрахунки моделі комп’ютера з 49 кубитами, використовуючи для цього потужності 8 192 вузлів.