Новые технологии позволят виртуально на квантовых устройствах проводить эксперименты и создавать сложные системы, что не под силу современным компьютерам. Это может существенно сократить издержки на научные исследования, сэкономить ресурсы, удешевить и ускорить моделирование.
Ставропольские ученые проводили работу совместно с коллегами из Ирана, Индии, Бангладеш, Японии и Канады. Они использовали программный комплекс QCADesigner 2.0.3, который позволяет с высокой точностью описывать физические процессы, происходящие при квантовых вычислениях. Результаты опубликованы в журнале Applied Sciences.
- Мы создали полную математическую модель устройства сравнения чисел, которое лежит в основе самых сложных операций квантовых вычислений. Моделирование физических параметров устройства показало, что оно существенно экономичнее и эффективнее известных на сегодня аналогов. Совершенствование квантовых компьютеров для физического, химического и даже биологического моделирования - это общемировой тренд, - рассказал заведующий кафедрой математического моделирования СКФУ Павел Ляхов.
Он пояснил, что в основе любого компьютера лежат простейшие операции, такие как сложение, вычитание, умножение и сравнение. Последняя операция служит основой для деления, которое считается следующей ступенью в компьютерных процессах. При этом привычные большинству устройства используют двоичную систему исчисления, то есть ноль и единицу (бит) в расчетах. Квантовые расчеты сложнее - при их выполнении применяются кубиты. Связано это с особенностями квантового мира, где одна частица может находиться сразу в нескольких состояниях, в отличие от транзистора из обычного компьютера, у которого состояний всего два - включенное и выключенное. Поэтому для квантовых компьютеров нужно придумывать новый язык программирования. Традиционные не подходят.
- Разработки квантового компьютера ведутся в мире очень активно. Пока удалось собрать самые маленькие и примитивные модели, но за ними будущее. Сейчас идет разработка теоретических основ и базовых элементов, - добавил ученый. - Мы занимаемся теоретическими изысканиями. Планируем проектировать более сложные и мощные устройства.
Переход к квантовым вычислениям, по словам Ляхова, важный шаг к созданию технологий экономии энергии, что позволит оптимизировать существующие процессы и даст экономике новые возможности.
Квантовый компьютер - это философский камень современной науки и экономики. Его вычислительные способности намного превзойдут имеющиеся у современных компьютеров, благодаря этому удастся сделать огромный технологический скачок и многие операции и процессы моделировать в виртуальном пространстве. В некоторых научных областях можно будет частично отказаться от наблюдений, так как часть событий окажется предсказуемой.
Тем не менее полноценный универсальный квантовый компьютер является пока гипотетическим устройством, создание которого связано с серьезным развитием квантовой теории. На конец 2010-х годов были спроектированы лишь единичные экспериментальные системы с фиксированными алгоритмами небольшой сложности.
При этом компания IBM сообщила, что совместно с медицинской компанией Cleveland Clinic начала создавать в США коммерческий квантовый компьютер. Установка IBM Quantum System One заработает в начале 2023 года. Она поможет ускорить создание новых лекарств и стимулирует исследования в области медицины и биотехнологий.