پیشرفت‌های نظری اخیر دو سؤال طولانی‌مدت را در مورد قابلیت شبیه‌سازی سیستم‌های کوانتومی در رایانه‌های کوانتومی آینده، غلبه بر چالش‌های ناشی از تحلیل‌های پیچیدگی برای فعال کردن الگوریتم‌های پیشرفته‌تر حل کرده است.
کار یک تیم کوانتومی در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس که در دو نشریه برجسته شده است، نشان می دهد که ویژگی های فیزیکی سیستم های کوانتومی امکان تکنیک های شبیه سازی سریعتر را فراهم می کند.
رولاندو سوما، نظریه‌پرداز کوانتومی در لوس آلاموس و نویسنده مشترک این دو مقاله، گفت: «الگوریتم‌های مبتنی بر این کار برای اولین نمایش کامل شبیه‌سازی‌های کوانتومی در رایانه‌های کوانتومی مورد نیاز است.»
حالات کوانتومی کم انرژی کلید شبیه سازی کوانتومی سریعتر است.
مقاله «شبیه‌سازی همیلتونی در زیرفضای کم انرژی» نشان می‌دهد که پیچیدگی یک الگوریتم شبیه‌سازی کوانتومی به مقیاس انرژی مربوطه بستگی دارد و نه طیف کامل انرژی‌های سیستم، همانطور که قبلاً تصور می‌شد. در واقع، برخی از سیستم‌های کوانتومی می‌توانند حالت‌هایی از انرژی‌های نامحدود داشته باشند، از این رو شبیه‌سازی‌ها حتی در رایانه‌های کوانتومی بزرگ نیز غیرقابل حل هستند.
این تحقیق جدید نشان می‌دهد که اگر یک سیستم کوانتومی فقط حالت‌های کم انرژی را بررسی کند، می‌توان آن را با پیچیدگی کم روی یک کامپیوتر کوانتومی بدون خطا در شبیه‌سازی شبیه‌سازی کرد.
بوراک شاهین اوغلو، فیزیکدان نظری در لوس آلاموس و نویسنده اصلی این مقاله که در نشریه منتشر شده است، می‌گوید: «کار ما راهی برای مطالعه سیستماتیک شبیه‌سازی‌های کوانتومی در انرژی‌های کم فراهم می‌کند، که برای نزدیک‌تر کردن شبیه‌سازی‌های کوانتومی به واقعیت مورد نیاز است. مجله Quantum Information، یک مجله شریک طبیعت.
Somma گفت: «ما نشان می‌دهیم که در هر مرحله از الگوریتم، شما هرگز به انرژی‌های بسیار بزرگ نمی‌روید. روشی برای نوشتن الگوریتم کوانتومی شما وجود دارد تا پس از هر مرحله همچنان در زیرفضای کم انرژی خود قرار بگیرید.
نویسندگان گفتند که تحقیقات آنها در مورد دسته بزرگی از سیستم‌های کوانتومی کاربرد دارد و در شبیه‌سازی نظریه‌های میدان کوانتومی، که پدیده‌های فیزیکی را در حالت‌های کم انرژی آنها توصیف می‌کنند، مفید خواهد بود.
پیشبرد سریع سیستم های کوانتومی اصل عدم قطعیت انرژی زمان را دور می زند
مقاله دیگر، "تکامل کوانتومی پیشروی سریع"، همکاری با شوژن گو کالتک - دانش‌آموز سابق مدرسه تابستانی محاسبات کوانتومی لوس آلاموس - در کوانتوم منتشر شده است. این سه سیستم کوانتومی را نشان می‌دهد که در آنها یک الگوریتم شبیه‌سازی کوانتومی می‌تواند سریعتر - و در برخی موارد به‌طور نمایی سریعتر - از محدودیت‌های پیشنهاد شده توسط اصل عدم قطعیت زمان-انرژی اجرا شود.
Somma گفت: "در مکانیک کوانتومی، بهترین دقتی که می توان هنگام اندازه گیری مقیاس انرژی یک سیستم به طور کلی با معکوس مدت زمان اندازه گیری به دست آورد."
شاهین اوغلو گفت: «با این حال، این اصل برای همه سیستم‌های کوانتومی، به‌ویژه سیستم‌هایی که ویژگی‌های فیزیکی خاصی دارند، صدق نمی‌کند».
نویسندگان نشان دادند که وقتی این اصل دور می‌زند، چنین سیستم‌های کوانتومی را می‌توان به‌طور بسیار کارآمد یا سریع به جلو در رایانه‌های کوانتومی شبیه‌سازی کرد.
های فن تک از شما دعوت می کند نظرات خود را در مورد این مقاله به اشتراک بگذارید