Max Home IndustryКвантовые компьютеры уже успели превзойти обычные компьютеры в решении определенных задач — к сожалению, совершенно бесполезных. Следующая веха — научить их делать полезные дела. Исследователи из Технологического университета Чалмерса, Швеция, теперь показали, что они могут решить небольшую часть реальной логистической проблемы с помощью своего небольшого, но хорошо функционирующего квантового компьютера.
Интерес к созданию квантовых компьютеров в последние годы значительно возрос, и во многих частях мира ведется бурная работа. В 2019 году исследовательская группа Google совершила крупный прорыв, когда их квантовый компьютер смог решить задачу намного быстрее, чем лучший суперкомпьютер в мире. Обратной стороной является то, что решенная задача не имела никакого практического применения — она была выбрана потому, что считалось, что ее легко решить для квантового компьютера, но очень сложно для обычного компьютера.
Таким образом, сейчас важная задача состоит в том, чтобы найти полезные актуальные проблемы, которые недоступны для обычных компьютеров, но которые мог бы решить относительно небольшой квантовый компьютер.
«Мы хотим быть уверены в том, что разрабатываемый нами квантовый компьютер может помочь решить соответствующие проблемы на раннем этапе. Поэтому мы работаем в тесном сотрудничестве с промышленными компаниями», — говорит физик-теоретик Джулия Феррини, один из руководителей Университета Чалмерса. Проект квантового компьютера Technology, который начался в 2018 году.
Джулия Феррини вместе с G & ouml; ran Йоханссон руководила теоретической работой, когда группа исследователей из Чалмерса, в том числе аспирант промышленной авиационной логистической компании Jeppesen, недавно показала, что квантовый компьютер может решить реальную проблему. в авиационной отрасли.
Алгоритм, проверенный на двух кубитах. Все авиакомпании сталкиваются с проблемами планирования. Например, назначение отдельных самолетов разным маршрутам представляет собой проблему оптимизации, размер и сложность которой очень быстро растет по мере увеличения количества маршрутов и самолетов.
Исследователи надеются, что квантовые компьютеры в конечном итоге будут лучше справляться с такими проблемами, чем современные компьютеры. Основной строительный блок квантового компьютера — кубит — основан на совершенно иных принципах, чем строительные блоки современных компьютеров, что позволяет им обрабатывать огромные объемы информации с относительно небольшим количеством кубитов.
Однако из-за их разной структуры и функций квантовые компьютеры необходимо программировать иначе, чем обычные компьютеры. Одним из предложенных алгоритмов, который считается полезным на ранних квантовых компьютерах, является так называемый алгоритм квантовой приближенной оптимизации (QAOA).
Исследовательская группа Чалмерса успешно выполнила указанный алгоритм на своем квантовом компьютере — процессоре с двумя кубитами — и показала, что он может успешно решать проблему назначения самолетов по маршрутам. В этой первой демонстрации результат можно было легко проверить, поскольку масштаб был очень маленьким — в нем участвовали всего два самолета.
Возможность управлять большим количеством самолетов Этим подвигом исследователи первыми продемонстрировали, что алгоритм QAOA может решить проблему распределения самолетов по маршрутам на практике. Им также удалось запустить алгоритм на один уровень дальше, чем кто-либо прежде, что требует очень хорошего оборудования и точного контроля.
«Мы показали, что у нас есть возможность отображать соответствующие проблемы на нашем квантовом процессоре. У нас все еще есть небольшое количество кубитов, но они работают хорошо. Наш план состоял в том, чтобы сначала все работало очень хорошо в небольшом масштабе. «, — говорит Джонас Биландер, старший научный сотрудник, ответственный за экспериментальный дизайн, и один из руководителей проекта создания квантового компьютера в Чалмерсе.
Теоретики из исследовательской группы также смоделировали решение той же задачи оптимизации для 278 самолетов, что потребовало бы квантового компьютера с 25 кубитами.
«Результаты остались хорошими при увеличении масштаба. Это говорит о том, что алгоритм QAOA может решить этот тип проблем в еще более крупных масштабах», — говорит Джулия Феррини.
Однако для того, чтобы превзойти лучшие современные компьютеры, потребуются устройства гораздо большего размера. Исследователи из Чалмерса начали расширяться и в настоящее время работают с пятью квантовыми битами. К 2021 году планируется достичь не менее 20 кубитов при сохранении высокого качества.