Ученые смоделировали 45-кубитную квантовую вычислительную систему при помощи одного из самых мощных суперкомпьютеров

90be22f8185c18426ff043f6c7bf9f12

Мaтeмaтичeскoe мoдeлирoвaниe являeтся eдинствeнным нa сeгoдняшний дeнь спoсoбoм изучeния функциoнирoвaния квaнтoвыx вычислитeльныx систем. Хотя, из-за высокой сложности принципов работы таких систем увеличение числа моделируемых квантовых битов (кубитов) требует экспоненциального увеличения вычислительной мощности используемых про моделирования обычных вычислительных систем. Все это является причиной тому, по какой причине самой сложной квантовой вычислительной системой, которую удавалось смоделировать до последнего времени, являлась строй с не очень большим количеством, точнее, с тремя десятками кубитов.

Однако, исследователи Томас Хэнер (Thomas Haner) и Дамиан Стайгер (Damian Steiger) из Швейцарского федерального технологического института (Swiss Federal Institute of Technology, ETH) в Цюрихе собрались в ближайшем времени провести прикидки математической модели квантового компьютера с 49 кубитами. Для расчетов этой модели бросьте использован пятый в мире по мощности суперкомпьютер, система Cori II, находящаяся в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли. В составе сего суперкомпьютера насчитывается 9 304 вычислительных узла, каждый из которых содержит 68-хипповый процессор Intel Xeon Phi 7250, работающий на тактовой частоте 1.4 ГГц. Объем памяти этой системы составляет Вотан петабайт, а ее пиковая производительность — 29.1 ПФЛОПС.

Во время предыдущих исследований Хэнер и Стайгер использовали возможности суперкомпьютера Cori II к моделирования квантовых вычислительных систем с 30, 36, 42 и 45 кубитами. Для расчетов самой осязательный модели использовались 8 192 вычислительных узлов, 0.5 петабайта памяти и вычислительная нагрузка в 0.428 петафлопс.

Полученные в ходе недавних расчетов результаты были сравнены с результатами моделирования 30 и 36-кубитных квантовых компьютеров, выполненных раньше при помощи менее мощного суперкомпьютера под названием Edison, который опять же находится в лаборатории имени Лоуренса. Сравнение показало, что ускорение расчетов математических моделей являлось невыгодный просто результатом использования более мощного суперкомпьютера, достаточно весомая часть сего ускорения была получена за счет использования новых оптимизированных алгоритмов математических моделей.

Производя серии расчетов моделей квантовых компьютеров с увеличивающимся в количестве кубитов, Хэнер и Стайгер постоянно вносили изменения в исходный код модели, убирая из него все лишек, оптимизируя и ускоряя работу имеющихся участков. И в результате этой работы нынешний адрес работает на порядок быстрее кода, использованного в самых первых моделях.

Существующая математическая модели использует числа с плавающей запятой обычной точности с целью расчетов сложнейших процессов и амплитуд квантовых колебаний. Хэнер и Стайгер уверены, яко в используемом коде имеется еще несколько возможностей для его дальнейшей оптимизации, подобно как позволит им в скором времени провести расчеты модели компьютера с 49 кубитами, используя к этого мощности 8 192 узлов.