Квантовые расчеты можно многократно ускорить

Том Вонг (Tom Wong), физик-аспирант и Дэвид Майер (David Meyer), профессор математики в Калифорнийском Университете в Сан-Диего, предложили новый алгоритм квантовых вычислений, способный ускорить (за счет привлечения дополнительных физических ресурсов) решение определенного типа проблем.

В частности, эта техника оптимальна для выполнения неструктурированного поиска: обнаружения требуемой информации в неотсортированном массиве данных. На обычном компьютере это занимает очень много времени, поскольку поиск ведется малоэффективно, напоминая перетасовывание колоды карт.

Квантовые принципы суперпозиции позволяют одновременно рассматривать множество возможностей, и получать моментальный ответ. Идея метода состоит в том, чтобы неверные ответы аннулировались, а правильные — накапливались. Тип обеспечивающих это алгоритмов определяется средой, в которой хранится информация.

Майер и Вонг в качестве объекта исследований использовали компьютер, базирующийся на состоянии материи, называемом конденсат Бозе-Эйнштейна. Его образуют атомы в электромагнитной ловушке, охлажденные до такой степени, что «проваливаются» в самое низшее квантовое состояние и действуют как одно целое.

Обычно квантовые системы описывает линейное уравнение, но аппроксимация состояния Бозе-Эйнштейна включает и кубические члены. В статье для New Journal of Physics калифорнийские ученые предлагают использовать для расчетов это кубическое уравнение, как более быстро сходящееся к ответу.

Выигрыш в скорости, по их оценкам, позволит выполнять поиск в массиве из миллиона объектов столь же быстро, как среди десяти. Однако чтобы добиться этого, требуется повышенная точность хронометрии с использованием атомных часов. Данное требование устанавливает нижний предел на число ионов, задействованных в атомных часах.

Еще одно ограничение накладывается на саму вычислительную среду: нелинейная аппроксимация квантовой теории новым алгоритмом осуществима только при наличии определенного минимального количества атомов в составе конденсата Бозе-Эйнштейна.

Эта работа получила поддержку в рамках программы Quantum Entanglement Science and Technology агентства DARPA, а также Офиса научных исследований ВВС США (инициатива Transformational Computing in Aerospace Science and Engineering).

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI