Исследователи впервые применили квантовый алгоритм для решения сложной математической задачи, которая более века считалась неподъёмной даже для самых мощных суперкомпьютеров. Речь идёт о факторизации представлений групп — фундаментальной операции, используемой в физике элементарных частиц, материаловедении и передаче данных.
Работа выполнена учёными Лос-Аламосской национальной лаборатории Мартином Лароккой и исследователем IBM Войтехом Хавличеком. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters .
Учёные напоминают, что ещё Питер Шор показал возможность факторизации целых чисел на квантовом компьютере. Теперь доказано, что аналогичные методы применимы и к симметриям. По сути, речь идёт о разложении сложных структур на их «неразложимые представления» — базовые строительные блоки.
Для классических компьютеров такая задача становится непомерно трудной при работе со сложными системами. Определение этих блоков и подсчёт их числа (так называемых «мультипликативных чисел») требует колоссальных вычислительных ресурсов.
Новый алгоритм основан на квантовом преобразовании Фурье — семействе квантовых схем, позволяющих эффективно выполнять преобразования, которые в классической математике используются для анализа сигналов. Подробнее об этом говорится в пресс-релизе Лос-Аламосской лаборатории .
Учёные подчёркивают, что это демонстрация «квантового преимущества» — момента, когда квантовый компьютер справляется с задачей, недостижимой для традиционных машин. По их словам, именно такие примеры определяют практическую ценность квантовых технологий.
В статье отмечается, что исследователям удалось выделить класс задач в теории представлений, которые допускают эффективные квантовые алгоритмы. При этом описан параметрический режим, где возможен реальный прирост производительности.
Практическая значимость работы широка. В физике элементарных частиц метод может применяться при калибровке детекторов. В области науки о данных — при создании надёжных кодов коррекции ошибок для хранения и передачи информации. В материаловедении он помогает глубже понимать свойства веществ и проектировать новые материалы.
Таким образом, работа Ларокки и Хавличека расширяет перечень задач, в которых квантовые вычисления действительно открывают новые горизонты.
Как отмечают авторы, главный вызов для науки сейчас прост: нужно точно определить, где квантовые компьютеры способны принести реальную выгоду и показать преимущества над классическими системами.
Источник: SecurityLab