Квантовые компьютеры - это чрезвычайно мощные устройства, обладающие способностью к скорости и вычислениям, которые значительно превосходят возможности классических, или двоичных, вычислений. Вместо двоичной системы нулей и единиц она работает через суперпозиции, которые могут быть нулями, единицами или обоими одновременно.

Непрерывно развивающееся развитие квантовых вычислений достигло такой степени, что дает преимущество перед классическими компьютерами в решении искусственных задач. В будущем он может найти применение в широком спектре областей. Один многообещающий класс задач включает моделирование квантовых систем с потенциальными приложениями, такими как разработка материалов для батарей, промышленный катализ и азотфиксирование.

Статья, опубликованная в Природа, исследует краткосрочные и среднесрочные возможности квантового моделирования на аналоговых и цифровых платформах, чтобы помочь оценить потенциал этой области. Он был написан в соавторстве исследователями из Стратклайда, Института квантовой оптики Макса Планка, Университета Людвига Максимилиана в Мюнхене, Мюнхенского центра квантовой науки и технологий, Университета Инсбрука, Института квантовой оптики и квантовой информации Австрийской академии наук и корпорации Microsoft.

Профессор Эндрю Дейли с физического факультета Стратклайда является ведущим автором статьи. Он сказал: "В последние годы в аналоговом и цифровом квантовом моделировании был достигнут значительный прогресс, и квантовое моделирование является одной из наиболее перспективных областей квантовой обработки информации. Он уже достаточно зрелый, как с точки зрения разработки алгоритмов, так и с точки зрения доступности значительно продвинутых аналоговых экспериментов по квантовому моделированию на международном уровне.

"В истории вычислительной техники классические аналоговые и цифровые вычисления сосуществовали более полувека с постепенным переходом к цифровым вычислениям, и мы ожидаем, что то же самое произойдет с появлением квантового моделирования.

"В качестве следующего шага в развитии этой технологии сейчас важно обсудить "практическое квантовое преимущество", точку, в которой квантовые устройства будут решать проблемы, представляющие практический интерес, которые не под силу традиционным суперкомпьютерам.

"Многие из наиболее перспективных краткосрочных применений квантовых компьютеров подпадают под сферу квантового моделирования: моделирование квантовых свойств микроскопических частиц, которые имеют непосредственное отношение к пониманию современного материаловедения, физики высоких энергий и квантовой химии.

"Квантовое моделирование должно стать возможным в будущем на отказоустойчивых цифровых квантовых компьютерах с большей гибкостью и точностью, но это также может быть сделано уже сегодня для конкретных моделей с помощью специальных аналоговых квантовых симуляторов. Это происходит аналогично изучению аэродинамики, которое может проводиться либо в аэродинамической трубе, либо с помощью моделирования на цифровом компьютере. Там, где аэродинамики часто используют модель меньшего масштаба, чтобы понять что-то большое, аналоговые квантовые симуляторы часто используют модель большего масштаба, чтобы понять что-то еще меньшее.

"Аналоговые квантовые симуляторы в настоящее время переходят от предоставления качественных демонстраций физических явлений к предоставлению количественных решений для собственных задач. Особенно интересным шагом вперед в ближайшей перспективе является разработка ряда программируемых квантовых симуляторов, объединяющих цифровые и аналоговые методы. Это имеет большой потенциал, поскольку сочетает в себе лучшие преимущества обеих сторон, используя собственные аналоговые операции для создания сильно запутанных состояний ".

Университет Стратклайда и все партнеры по этой перспективной статье имеют большие активные программы, включающие как теорию архитектур и алгоритмов, так и разработку платформ для аналогового квантового моделирования и цифровых квантовых вычислений. Партнеры сотрудничают в рамках флагманского проекта ЕС по квантовым технологиям Horizon 2020 PASQuanS. В Стратклайде исследования в этой области прочно интегрированы в национальную программу квантовых технологий Великобритании и получили значительное финансирование от UK Research and Innovation.

Кластер квантовых технологий встроен в инновационный район Глазго Сити, инициатива, инициированная Стратклайдом совместно с городским советом Глазго, Шотландским предприятием, Предпринимательской Шотландией и Торговой палатой Глазго. Он задуман как глобальное место для квантовой индустриализации, привлекающее компании к совместному размещению, ускорению роста, повышению производительности и доступу к исследовательским технологиям мирового класса и талантам в Стратклайде.

Университет Стратклайда - единственное академическое учреждение, которое было партнером всех четырех центров квантовых технологий, финансируемых EPSRC, на обоих этапах финансирования. Центры сосредоточены в следующих областях: Зондирование и синхронизация; Квантовая улучшенная визуализация; Квантовые вычисления и моделирование, а также технологии квантовых коммуникаций.