Квантовые компьютеры — чрезвычайно мощные устройства, скорость и вычислительная мощность которых намного превосходят возможности классических или бинарных вычислений. Вместо двоичной системы нулей и единиц он работает по наложениям, которые могут быть нулями, единицами или и тем, и другим одновременно.

Постоянно развивающееся развитие квантовых вычислений достигло точки получения преимущества перед классическими компьютерами для искусственной задачи. В будущем он может найти применение в самых разных областях. Многообещающий класс проблем включает моделирование квантовых систем с потенциальными приложениями, такими как разработка материалов для батарей, промышленный катализ и фиксация азота.

Газета, издававшаяся в Природа , исследует краткосрочные и среднесрочные возможности квантового моделирования на аналоговых и цифровых платформах, чтобы помочь оценить потенциал этой области. В соавторстве с ним выступили исследователи из Стратклайда, Института квантовой оптики Макса Планка, Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана, Мюнхенского центра квантовой науки и технологий, Университета Инсбрука, Института квантовой оптики и квантовой информации Австрийская академия. науки и Microsoft Corporation.

Профессор Эндрю Дейли с физического факультета Стратклайда является ведущим автором статьи. Он сказал: «В последние годы было сделано много захватывающих достижений в аналоговом и цифровом квантовом моделировании, и квантовое моделирование является одной из самых многообещающих областей квантовой обработки информации. Он уже достаточно зрел, как с точки зрения разработки алгоритмов, так и с точки зрения наличия значительно продвинутых экспериментов по аналоговому квантовому моделированию в международном масштабе.

«В истории вычислений классические аналоговые вычисления 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 поддаются решению для традиционных суперкомпьютеров.

«Многие из наиболее многообещающих ближайших применений квантовых компьютеров связаны с квантовым моделированием: моделированием квантовых свойств микроскопических частиц, которые имеют непосредственное отношение к пониманию современной 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 оно также может быть выполнено сегодня для конкретных моделей благодаря специальным аналоговым квантовым симуляторам. Это происходит аналогично изучению аэродинамики, которое может проводиться либо в аэродинамической трубе, либо путем моделирования на цифровом компьютере. В то время как аэродинамика часто использует 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 сейчас переходят от качественной демонстрации физических явлений к количественному решению нативных проблем. Особенно интересным направлением в краткосрочной перспективе является разработка ряда гибридных программируемых квантовых симуляторов между цифровыми и аналоговыми технологиями. потенциал, потому что он сочетает в себе лучшие преимущества обеих сторон, используя собственные аналоговые операции для создания сильно запутанных состояний. »

Университет Стратклайда и все партнеры в этой перспективной статье имеют обширные активные программы, включающие как архитектуру, так и теорию алгоритмов, а также разработку платформы для аналогового квантового моделирования и цифровых квантовых вычислений. Партнеры сотрудничали в проекте Horizon 2020 EU Quantum Technologies Flagship PASQuanS. В Strathclyde исследования в этой области тесно связаны с Национальной программой квантовых технологий Великобритании и получают значительное финансирование от UK Research and Innovation.

Кластер квантовых технологий интегрирован в Инновационный район города Глазго, инициативу, возглавляемую Стратклайдом совместно с городским советом Глазго, Scottish Enterprise, Entrepreneurial Scotland и Торговой палатой Глазго. Он задуман как глобальное место для квантовой индустриализации, привлекающее компании для поиска, ускорения роста, повышения производительности и доступа к исследовательским технологиям и талантам мирового класса в Стратклайде.

Университет Стратклайда — единственное академическое учреждение, которое сотрудничало со всеми четырьмя центрами квантовых технологий, финансируемыми EPSRC, в обоих раундах финансирования. Концентраторы находятся в следующих режимах: обнаружение и синхронизация; Квантовая улучшенная визуализация; Квантовые вычисления и моделирование и квантовые коммуникационные технологии.