Цифровой двойник для квантовых компьютеров. Новый подход к управлению квантовыми системами.

Исследователи разработали цифровую модель квантовой системы, чтобы определить оптимальные алгоритмы управления кубитами. Эта работа, поддержанная грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликована в журнале Physical Review Research. Новая технология поможет в будущем создавать эффективные протоколы управления для квантовых компьютеров.

Квантовые компьютеры используют кубиты, которые могут находиться в нескольких состояниях одновременно, что позволяет им обрабатывать огромное количество данных параллельно. Однако увеличение числа кубитов усложняет управление квантовой системой, требуя значительных вычислительных ресурсов. Полная симуляция таких систем на классических компьютерах невозможна, поэтому ученые ищут альтернативные методы управления.

«В качестве модельной системы мы рассматривали цепочку спинов . Мы решали задачу по распространению информации от одного конца цепочки к другому — это соответствует некоторому модельному эксперименту по передаче квантовой информации в рамках системы»

— Алексей Федоров, руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ.

Исследователи из ООО «Международный центр квантовой оптики и квантовых технологий» (Сколково) и Национального исследовательского технологического университета МИСИС (Москва) разработали «цифровой двойник» квантовой системы. Это упрощенная модель, созданная с использованием тензоров, которые позволяют описывать совокупность квантовых состояний всех кубитов системы. Тензорные сети, сформированные из меньших тензоров, помогают эффективно имитировать квантовые системы на классическом компьютере.

С помощью цифрового двойника ученые смогли найти оптимальные управляющие воздействия на квантовую систему, что снизило необходимое количество ресурсов для поиска наилучшего решения. Эти протоколы управления позволяют корректировать ошибки, возникающие при взаимодействии квантовой системы с внешним миром, и минимизировать квантовые шумовые искажения.

Таким образом, создание цифрового двойника квантовой системы открывает новые возможности для управления кубитами и развития квантовых технологий.