Квантовая симуляция оказалась надежней, чем ожидалось.

Феномен локализации повышает точность решения квантовых задач нескольких тел с помощью квантовых компьютеров. Для обычных компьютеров такие задачи слишком сложны, а значит, к их решению привлекаются квантовые устройства. Повышение точности сделает возможным моделирование теми средствами, что доступны на данный момент.

Квантовые компьютеры способны решать некоторые вычислительные задачи экспоненциально быстрее, чем любая классическая машина. «Особенно многообещающим применением является решение квантовых задач нескольких тел с использованием концепции цифрового квантового моделирования», — говорит Маркус Хейл из Института физики Макса Планка в Дрездене, Германия. «Такое моделирование может оказать существенное влияние на квантовую химию, материаловедение и фундаментальную физику».

В рамках симуляции развитие во времени определенной квантовой системы многих тел реализуется с помощью последовательности элементарных квантовых элементов путем дискретизации эволюции во времени — процесса, называемого троттеризацией. «Однако основная проблема заключается в контроле источника внутренней ошибки, который возникает из-за этой дискретизации», — говорит Маркус Хейл.

Вместе с коллегами-учеными из других стран в недавней статье было продемонстрировано, что квантовая локализация, ограничивая эволюцию во времени с помощью интерференции, значительно ограничивает эти ошибки для локальных наблюдаемых.

Надежней, чем ожидалось.

«Таким образом, цифровое квантовое моделирование гораздо надежнее, чем можно было бы ожидать, исходя из известных пределов погрешности суммарной волновой функции многих тел», — говорит Хейл. Эта устойчивость характеризуется резким порогом в зависимости от применяемой временной детализации, измеряемой так называемым длиной шага Троттера. Порог отделяет регулярную область с управляемыми ошибками, где система проявляет локализацию в пространстве собственных состояний оператора эволюции, от квантово-хаотического режима, где ошибки быстро накапливаются, делая непригодными результаты квантового моделирования.

«Наши результаты показывают, что цифровое квантовое моделирование со сравнительно большим шагом Троттера может сохранить контроль над ошибками для локальных наблюдаемых», — говорит Маркус Хейл. «Таким образом, можно уменьшить количество операций с квантовыми гейтами, необходимыми для точного представления эволюции во времени, тем самым смягчая последствия несовершенных операций с отдельными гейтами». И это переводит цифровое квантовое моделирование задач нескольких тел в категорию доступных современным квантовым устройствам.

Поделиться