Naukowcy z Instytutu Flatiron poinformowali właśnie, że udało im się dokonać czegoś, czego nikt się pierwotnie nie spodziewał. Oto komputer konwencjonalny wyposażony w odpowiednie techniki modelowania poradził sobie z problemem, który wcześniej został rozwiązany za pomocą komputera kwantowego przez fizyków z IBM.
Można tutaj zapytać, dlaczego ktoś chciałby rozwiązywać problem, który już wcześniej został rozwiązany. Tutaj powód był wyjątkowo trywialny. Autorzy pierwotnego kwantowego rozwiązania informując o swoim odkryciu, powiedzieli, że bez użycia komputera kwantowego rozwiązanie byłoby poza zasięgiem naukowców. Wtedy właśnie badacze postanowili sprawdzić, czy faktycznie tak jest i podjąć się próby uzyskania rozwiązania za pomocą komputera tradycyjnego. Prace okazały się owocne, bowiem komputer konwencjonalny nie tylko rozwiązał problem, ale także zrobił to szybciej od komputera kwantowego. Teraz naukowcom pozostało jedynie ustalić, dlaczego komputer konwencjonalny tak dobrze sprawdził się w zadaniu, które powinno być dla niego zbyt trudne.
Całe zadanie dotyczyło problemu na wskroś kwantowego obejmującego dwuwymiarową matrycę obracających się magnesów.
W najnowszym artykule opublikowanym w periodyku Physical Review Letters badacze opisują, jakie warunki sprawiły, że rozwiązanie potencjalnie trudnego problemu okazało się proste nawet dla komputera konwencjonalnego i byłoby teoretycznie wykonalne nawet na procesorze, który znajdziemy w przeciętnym smartfonie.
Według autorów dokładna analiza układu kwantowego pozwoliła ustalić, że mamy w nim do czynienia ze swoistym „uwięzieniem”, które ogranicza sposób, w jaki magnesy oddziałują na siebie i pozwala im poruszać się tylko w określony sposób i w określonych konfiguracjach. Wcześniej tego typu ograniczenia były obserwowane jedynie w jednowymiarowych układach. Tutaj natomiast mamy do czynienia z siecią dwuwymiarową.
Czytaj także: Pierwszy na świecie komputer kwantowy odporny na błędy
Powyższe osiągnięcie stanowi zatem duży krok na drodze do ustalenia miejsca, w którym leży granica między tymi problemami, z którymi poradzą sobie komputery klasyczne, a tymi, które wymagają komputerów kwantowych.
Autor najnowszej pracy już od jakiegoś czasu pracuje nad algorytmami pozwalającymi komputerom klasycznym rozwiązywać problemy kwantowe. Jednak jak sam przyznaje, przyczyną opisywanego tutaj sukcesu wcale nie było wykorzystanie najnowocześniejszych komputerów, a na syntezie już istniejących pomysłów matematycznych. Badacz przypuszcza, że specjaliści z IBM odpowiedzialni za rozwiązanie problemu za pomocą komputera kwantowego, po prostu musieli ten pomysł przeoczyć. Górą zatem okazały się dobrze opracowane algorytmy i odpowiednie oprogramowanie.
Co jednak ważne, naukowcy nie poprzestali na rozwiązaniu problemu i natychmiast zabrali się za próbę zrozumienia, dlaczego ich próba się powiodła.
Podstawą zadania był układ kwantowy składający się z magnesów, z których każdy mógł być skierowany w górę, w dół lub znajdować się w superpozycji. Zakłócenie takiego układu przez pole magnetyczne sprawiało, że część magnesów mogła spróbować się odwrócić. Odwrócenie jednego magnesu jednak zmienia sytuację na tyle, że sąsiadujące z nim magnesy także chcą się odwrócić. W tym momencie sytuacja się komplikuje, bowiem dochodzi do swoistego splątania stanów kwantowych różnych magnesów. Standardowe symulacje przeprowadzane na komputerach konwencjonalnych zaczynają mieć w tym momencie trudności.
Czytaj także: Komputer kwantowy zadebiutował w chemii. Naukowcy są podekscytowani możliwościami
Jak jednak zauważyli badacze, w tym konkretnym układzie znajdowała się jedynie ograniczona ilość energii niezbędnej do odwracania magnesów. W efekcie nie mogło dojść do sytuacji, w której odwracałyby się całe liczne skupiska magnesów. Taki układ jest znacznie prościej opisać matematycznie od układu, w którym ilość energii nie jest ograniczona. Uwięzienie w matrycy dwuwymiarowej może zatem być jedną z istotnych cech takich układów.
Na powyższym odkryciu skorzystają zarówno naukowcy pracujący nad komputerami kwantowymi, jak i ci, którzy pracują na maszynach klasycznych. Teraz fizycy i informatycy będą mogli dokładniej testować nowe symulacje kwantowe i ustalać ograniczenia w ich rozwiązywaniu przez obliczenia klasyczne i kwantowe.