Вчені створили модель неможливої квантової системи, застосувавши нові алгоритми стиснення та тензорні мережі.

Нові алгоритми дозволили змоделювати спінові системи без квантового процесора.

Дослідники з США оголосили, що їм вдалося вирішити складну квантову задачу, використовуючи класичний комп’ютер. Раніше вважалося, що такі обчислення можливі лише на квантових пристроях, повідомляє ScienceAlert.

Мова йде про моделювання так званих спінових стекол — особливого стану матерії, в якому магнітні моменти (спіни) атомів “заморожуються” у випадкових напрямках. На відміну від звичайних магнітів, тут немає єдиного впорядкованого напрямку, а структура нагадує розташування молекул у звичайному склі. Такі системи мають квантову природу та перебувають у стані суперпозиції.

Минулого року подібне моделювання було виконано на квантовому комп’ютері D-Wave Advantage2. Тоді це вважали проривом, який, здавалося, був недосяжним для класичних комп’ютерів.

Проте тепер американські фізики з Інституту Flatiron досягли подібних результатів за допомогою спеціально налаштованої класичної системи. Ключовим елементом стали нові алгоритми стиснення даних, які дозволили ефективніше обробляти великі обсяги математичних розрахунків. Результати дослідження були опубліковані в журналі Science.

Для цього команда застосувала так звані тензорні мережі — метод, що допомагає виділяти найважливіші зв’язки у квантовій системі та відкидати зайву інформацію. Дослідники порівнюють цей процес зі стисненням файлів у форматі zip.

“Це дуже потужне стиснення може бути надзвичайно ефективним, але є досить складним математичним об’єктом,” — пояснив фізик Джозеф Тіндалл.

Тензорні мережі були поєднані з алгоритмом “поширення переконань”, який використовується для отримання інформації з моделювання. За словами вчених, цей підхід є значно дешевшим за інші методи та дозволяє виконувати частину обчислень навіть на звичайному ноутбуці.

“Це дещо більш приблизний метод, ніж деякі інші, але він набагато економніший, і ми можемо безпосередньо застосовувати його до багатьох складних задач,” — зазначив фізик Майлз Стауденмайр.

Команда змоделювала кілька типів спінового скла, зокрема з циліндричними, кубічними та алмазними ґратками. За словами авторів роботи, результати виявилися не гіршими, а в окремих випадках навіть кращими за ті, що демонстрували квантові комп’ютери. Для найскладніших моделей дослідники використовували потужний чипсет і відеокарту, однак система залишалася класичним комп’ютером без квантових компонентів.

Вчені підкреслюють, що це дослідження не ставить під сумнів перспективи квантових обчислень. Навпаки, воно допомагає зрозуміти, в яких задачах квантові машини дійсно мають перевагу над класичними системами.

Крім того, класичні комп’ютери можуть бути використані для перевірки та підтримки квантових алгоритмів. Дослідники вважають, що це сприятиме прискоренню розвитку обох напрямків.

Нещодавно внутрішня модель штучного інтелекту загального призначення від компанії OpenAI автономно розв’язала і спростувала давню геометричну гіпотезу Пола Ердеша про проблему одиничних відстаней на площині, яку математики вивчали майже 80 років.