Группа ученых из китайского Университета науки и техники (University of Science and Technology of China), университета Чжэцзяна (Zhejiang University) и других научных учреждений разработала и продемонстрировала первую в своем роде квантовую вычислительную систему, способную находить решения систем линейных уравнений. За счет использования принципов квантовых вычислений, производительность этой системы будет расти по экспоненте с увеличением сложности решаемых задач, и ее практическое использование сможет значительно ускорить те области науки и техники, которые связаны с необходимостью проведения расчетов сложных систем линейных уравнений с большим количеством заключенных в них переменных.

«Впервые в истории науки мы продемонстрировали работоспособный квантовый алгоритм, предназначенный для решения систем линейных уравнений и основанный на использовании сверхпроводящих кубитов и окружающих их квантовых схем» – рассказывает Чэо-Янг Лу (Chao-Yang Lu), – «Разработанная нами твердотельная квантовая система отличается высокой стабильностью и она может быть масштабирована до любого уровня сложности».

Реализованный китайскими учеными алгоритм решения системы линейных уравнений является одной из модификаций алгоритма HHL (Harrow, Hassidim, and Lloyd), на примере которого ранее уже был продемонстрирован принцип квантового превосходства по сравнению с классическими алгоритмами. Однако данный случай является первой экспериментальной реализацией и демонстрацией всего этого. Созданная китайскими учеными квантовая система состоит из четырех кубитов, одного основного кубита и трех вспомогательных, в которые заносятся исходные данные и в которых по завершению вычислений содержатся результаты. Возможностей такой системы хватает для решения только простейших систем из двух линейных уравнений с двумя переменными каждое.

Выполняя ряд логических сдвигов, обменов квантовыми состояниями и других преобразований алгоритм HHL находит решение системы, которое считывается из кубитов методом неразрушающих квантовых измерений. Работоспособность системы была проверена на 18 различных системах (векторах). А для всего этого потребовалось около секунды времени. Принимая это в учет, и то, что такие задачи решаются весьма быстро и эффективно классическими методами, на данном примере тяжело убедиться в превосходстве квантового подхода к таким вычислениям. Но при увеличении сложности решаемой системы преимущества квантовой системы, растущие по экспоненте, будут становиться все явнее и явнее.

Китайские исследователи утверждают, что разработанная ими квантовая система может быть достаточно просто расширена для возможности решения более сложных систем линейных уравнений. Помимо этого, ученые планируют в самом ближайшем времени внести в квантовую систему некоторые изменения и изменения процесса ее изготовления, что должно уменьшить количество совершаемых системой ошибок. И после всего этого только начнутся исследования, направленные на осуществление на этой же системе расчетов других квантовых алгоритмов, что станет еще одним шагом на пути к созданию действительно универсального квантового процессора.