Genialny algorytm kwantowy
Martín Larocca z Los Alamos National Laboratory i Vojtěch Havlíček z IBM opracowali metodę, która wykorzystuje kwantowe transformacje Fouriera do rozkładania reprezentacji grup na podstawowe elementy. Brzmi skomplikowanie? W praktyce chodzi o coś, co może przełożyć się na realne postępy w różnych dziedzinach nauki.
Wyzwanie dla obliczeń kwantowych w tym momencie jest proste. Chcemy wiedzieć, do czego nadają się komputery kwantowe, więc przyjrzeliśmy się zestawowi problemów, o których wiemy, że są nierozwiązywalne dla komputerów klasycznych – wyjaśnia Larocca
Czytaj też: Komputer kwantowy jak klocki LEGO. Naukowcy rozwiązali problem skalowalności
Badanie, opublikowane w Physical Review Letters, pokazuje jak różni się to od wcześniejszych osiągnięć. Peter Shor przed laty udowodnił, iż komputery kwantowe potrafią rozkładać wielkie liczby na czynniki pierwsze. Teraz idziemy krok dalej – potrafimy “faktoryzować” również symetrie matematyczne. Teoria reprezentacji grup to nie tylko abstrakcyjna matematyka. Ma fundamentalne znaczenie dla fizyki cząstek elementarnych, materiałoznawstwa czy inżynierii. Gdy naukowcy badają symetrie w naturze lub projektują nowe związki chemiczne, właśnie z takimi problemami mają do czynienia. Nowy algorytm opracowany przez zespół z Los Alamos może znaleźć zastosowanie tam, gdzie klasyczne komputery od lat się nie sprawdzają. W fizyce cząstek pomaga zrozumieć zachowanie różnych cząstek pod wpływem transformacji symetrycznych. W materiałoznawstwie: lepiej poznać sposób układania się atomów w kryształach.
To jest istota badań nad obliczeniami kwantowymi. Chcemy znaleźć algorytmy kwantowe, które wykazują przyspieszenie w stosunku do algorytmów klasycznych – dodaje Larocca
Granice możliwości. Nie wszystko da się przyspieszyć
Oczywiście nie każdy problem matematyczny da się rozwiązać szybciej za pomocą komputerów kwantowych. Sami naukowcy przyznają, że ich algorytm ma ograniczenia. Istnieją klasyczne algorytmy, które radzą sobie w rozsądnym czasie. Podobnie jest z współczynnikami Littlewooda-Richardsona – tu również tradycyjne komputery mogą być wystarczająco szybkie. Dopiero dla współczynników Plethysm i Kroneckera komputery kwantowe wciąż mogą oferować znaczące przyspieszenie. Ciekawie wygląda sytuacja z współczynnikami Kroneckera, ponieważ jedną z hipotez obaliła niedawno Greta Panova, wykazując istnienie klasycznego algorytmu dla pewnego zakresu parametrów. To pokazuje, jak dynamicznie rozwija się cała dziedzina.
Czy istnieje problem obliczeniowy, który ma wydajny algorytm kwantowy, but nie ma wydajnego algorytmu klasycznego? Obliczenia kwantowe są napędzane wiarą, że odpowiedź brzmi “tak” – argumentują Larocca i Havlíček
To odkrycie to kolejny krok w kierunku praktycznego wykorzystania komputerów kwantowych. Choć wciąż daleko nam do momentu, gdy rozwiążą wszystkie problemy świata, lista zagadnień z udowodnioną przewagą kwantową systematycznie rośnie. Dla naukowców i inżynierów pracujących nad najtrudniejszymi wyzwaniami współczesności to ważna wiadomość. Dostęp do narzędzi, które jeszcze niedawno wydawały się science fiction, powoli staje się rzeczywistością. Nie będzie to jednak nagła rewolucja.