Две команды исследователей нашли разные способы обсчёта нелинейных систем на квантовых компьютерах посредством их маскировки под линейные. Иногда компьютерам просто предсказать будущее. Простой процесс, типа течения сока растения по древесному стволу, довольно просто реализовать в несколько строк кода при помощи того, что математики называют линейными дифференциальными уравнениями.

Однако в нелинейных системах взаимодействия влияют сами на себя: воздух, обтекающий крылья самолёта, влияет на взаимодействие молекул, которое влияет на поток воздуха, и так далее. Петля обратной связи порождает хаос, при котором малое изменение начальных условий приводит к радикальному изменению поведения впоследствии, из-за чего предсказать поведение системы практически невозможно – какой бы мощный компьютер вы бы ни использовали.

«В частности, поэтому сложно предсказывать погоду или изучать сложные течения жидкости, — сказал Эндрю Чайлдс, исследователь в области квантовой информации из Мэрилендского университета. – Можно было бы решать очень сложные вычислительные задачи, если бы получилось разобраться в этой нелинейной динамике».

Возможно, вскоре это получится. В ноябре 2020 года две команды независимо опубликовали свои исследования (одна – под руководством Чайлдса, вторая – из MIT), описывающие мощные инструменты, которые должны улучшить качество моделирования нелинейных динамических процессах на квантовых компьютерах.

Квантовые компьютеры пользуются квантовыми явлениями, выполняя некоторые типы вычислений эффективнее классических компьютеров. Благодаря этому они уже научились экспоненциально быстрее решать сложные линейные дифференциальные уравнения. И исследователи давно надеялись, что им удастся при помощи хитроумных квантовых алгоритмов сходным образом укротить и нелинейные проблемы.

Новые подходы скрывают нелинейность уравнений под маской более удобоваримого набора из линейных аппроксимаций. При этом подходы между собой серьёзно различаются. В итоге, у исследователей теперь есть два разных способа подступиться к нелинейным задачам при помощи квантовых компьютеров.

«Интересно, что две эти работы обнаружили подход, в котором, с учётом некоторых предположений, можно придумать эффективный алгоритм, — сказала Мария Киферова, исследователь квантовых вычислений из Сиднейского технологического университета, не связанная с этими работами. – Это очень интересно, и обе команды используют очень клёвые техники».