Un nuovo algoritmo che fa avanzare rapidamente le simulazioni potrebbe portare una maggiore capacità di utilizzo ai computer quantistici, aprendo la strada alle applicazioni per eseguire calcoli quantistici in tempi fino ad oggi inconcepibili.
“I computer quantistici hanno un tempo limitato per eseguire calcoli prima che la loro natura quantistica utile, che chiamiamo coerenza, si interrompa“, ha affermato Andrew Sornborger della divisione Computer, Computational and Statistical Sciences del Los Alamos National Laboratory e autore di un articolo che spiega la ricerca. “Con un nuovo algoritmo che abbiamo sviluppato e testato, saremo in grado di far avanzare rapidamente simulazioni quantistiche per risolvere problemi che prima erano fuori dalla nostra portata“.
I computer costruiti con componenti quantistici, noti come qubit, possono potenzialmente risolvere problemi estremamente difficili che superano le capacità anche dei più potenti supercomputer moderni. Le applicazioni includono l’analisi più rapida di grandi set di dati, lo sviluppo di farmaci e la risoluzione dei misteri legati alla superconduttività. Queste sono solo alcune delle possibilità offerte dal quantum computing che potrebbero portare a importanti scoperte tecnologiche e scientifiche nel prossimo futuro.
Potenziale e attuali limitazioni
Recenti esperimenti hanno dimostrato il potenziale dei computer quantistici. Sono in grado di risolvere in pochi secondi problemi che, per essere completati, richiederebbero millenni ai migliori computer convenzionali. La sfida resta, tuttavia, garantire che un computer quantistico possa eseguire simulazioni significative prima che la coerenza quantistica si interrompa.(vedi La teoria della decoerenza quantistica)
“Usiamo il machine learning (apprendimento automatico) per creare un circuito quantistico in grado di approssimare contemporaneamente un gran numero di operazioni di simulazione quantistica“, ha affermato Sornborger. “Il risultato è un simulatore quantistico che sostituisce una sequenza di calcoli con una singola operazione rapida che può essere completata prima che la coerenza quantistica si interrompa.”
VVF l’algoritmo che “somma” i qubit
L’algoritmo Variational Fast Forwarding (VFF) sviluppato dai ricercatori di Los Alamos è un ibrido che combina aspetti dell’informatica classica e quantistica. Sebbene teoremi ben consolidati escludano il potenziale di avanzamento rapido generale con assoluta fedeltà per simulazioni quantistiche arbitrarie, i ricercatori aggirano il problema tollerando piccoli errori di calcolo per tempi intermedi al fine di fornire previsioni utili, anche se leggermente imperfette.
In linea di principio, l’approccio consente agli scienziati di simulare meccanicamente un sistema per tutto il tempo che desiderano. In pratica, gli errori che si accumulano all’aumentare dei tempi di simulazione limitano i potenziali calcoli. Tuttavia, l’algoritmo consente simulazioni ben oltre le scale temporali che i computer quantistici possono ottenere senza l’algoritmo VFF.
Una particolarità del processo è che ci vogliono il doppio dei qubit per far avanzare velocemente un calcolo rispetto a quanto farebbe il computer quantistico. Nel documento pubblicato di recente, ad esempio, il gruppo di ricerca ha confermato il proprio approccio implementando un algoritmo VFF su un computer a due qubit per far avanzare rapidamente i calcoli che sarebbero stati eseguiti in una simulazione quantistica a un qubit.
Nel lavoro futuro, i ricercatori di Los Alamos intendono esplorare i limiti dell’algoritmo VFF aumentando il numero di qubit che fanno avanzare rapidamente e controllando fino a che punto possono far avanzare rapidamente i sistemi. La ricerca è stata pubblicata il 18 settembre 2020 sulla rivista npj Quantum Information.
fonte: scitechdaily.com
