Ноутбук розв’язав квантову задачу, яку вважали неможливою

У травні 2026 року наукова спільнота знову переглядає межі між класичними та квантовими обчисленнями. Фізики з Центру обчислювальної квантової фізики Інституту Флетайрон при Фонді Саймонса спільно з колегами з Бостонського університету опублікували результати, які ставлять під сумнів недавні заяви про квантову перевагу. Їхній підхід дозволив змоделювати динаміку сотень кубітів на звичайному ноутбуці, використовуючи вдосконалені математичні інструменти та тензорні мережі.

Проблема полягала в симуляції квантової системи з сотнями взаємодіючих кубітів, розташованих у квадратних, кубічних або алмазних ґратках. На відміну від класичних бітів, які приймають значення 0 або 1, кубіти можуть перебувати в суперпозиції станів. Це створює хвильову функцію, розмір якої зростає експоненціально з кількістю частинок, роблячи пряме зберігання даних на комп’ютері неможливим без спеціальних методів стиснення.

У березні 2025 року група дослідників квантових обчислень опублікувала в журналі Science результати розрахунків динаміки складної системи кубітів на квантовому комп’ютері. Вони стверджували, що класичні машини не здатні повторити такий подвиг. Однак команда з CCQ під керівництвом Джозефа Тіндалла вирішила перевірити ці заяви на практиці.

Ключем до успіху стали тензорні мережі — математичні структури, які Тіндалл порівнює з архіватором для хвильової функції. Замість зберігання величезного масиву даних, дослідники стиснули інформацію в набір невеликих таблиць чисел, пов’язаних між собою. Це дозволило ефективно обробляти тривимірну динаміку за допомогою 3D-тензорних мереж.

Початкові розрахунки Тіндалл виконав безпосередньо на персональному ноутбуці, використовуючи бібліотеку ITensor — високопродуктивний інструмент, розроблений у CCQ. Програмне забезпечення демонструє, як класичні методи можна адаптувати для нових завдань, зокрема для моделювання квантових матеріалів, таких як надпровідники.

Дослідники також застосували оновлений варіант алгоритму поширення переконань (belief propagation), розробленого ще в 1980-х. Хоча метод дещо приблизніший за сучасні аналоги, він значно дешевший у обчисленнях і дозволяє працювати з складнішими тривимірними системами. Майлз Стауденмаєр, співавтор дослідження, зазначив, що традиційні підходи попередніх років просто не могли впоратися з такими масштабами через обмеження пам’яті та часу.

Результати симуляцій збіглися з теоретичними передбаченнями та даними, отриманими на квантовому обладнанні. Точність залишилася на рівні state-of-the-art, попри використання скромних обчислювальних ресурсів.

Тіндалл і Стауденмаєр підкреслюють, що дебати про перевагу одного типу обчислень над іншим не виключають взаємного натхнення. Класичні симуляції допомагають визначати межі, які варто тестувати на квантових пристроях, а квантові експерименти надихають на вдосконалення тензорних методів. Така взаємодія прискорює прогрес у розумінні квантової динаміки.

Команда вже розширює дослідження на системи з електронами, які можуть переміщуватися між вузлами. Ці завдання значно складніші кількісно і безпосередньо пов’язані з моделюванням реальних квантових матеріалів. У 2026 році вчені планують опублікувати перші результати для двовимірних структур з рухливими частинками, що відкриє нові горизонти для матеріалознавства.

Прорив демонструє, що класичні комп’ютери ще далеко не вичерпали свій потенціал. Завдяки ефективним алгоритмам вони можуть вирішувати задачі, які раніше вважалися прерогативою квантових систем. Це не применшує значення квантових технологій, а радше доповнює їх, створюючи гібридні стратегії для наукових досліджень.

Дослідження опубліковане в журналі Science у травні 2026 року. Воно підкреслює важливість постійного тестування меж обох парадигм обчислень і відкриває нові можливості для оптимізації в умовах великої кількості можливих рішень.

Цей сайт використовує Akismet для зменшення спаму.Дізнайтеся, як обробляються дані ваших коментарів.