Kontrola jakości symulatorów kwantowych
W ciągu ostatnich dwudziestu lat naukowcy dokonali znacznych postępów w kierunku stworzenia uniwersalnego komputera kwantowego. Jednak tego typu urządzenie o zdolności rozwiązywania problemów w ułamku czasu, jakiego potrzebują do tego najszybsze na świecie superkomputery, wciąż pozostaje w sferze marzeń. Obecnie w naszym zasięgu są natomiast urządzenia w pewnym sensie pośrednie, tj. symulatory kwantowe. Urządzenia te, wykorzystując zjawiska kwantowe, potrafią rozwiązywać określone zadania, których nie da się sprawnie rozwiązać przy użyciu konwencjonalnych metod. Dzięki wsparciu UE, naukowcy opracowali nową metodę certyfikacji do fotonicznych symulatorów kwantowych. Te sterowane układy wielociałowe wykorzystują mechaniczne właściwości kwantowe fotonów, takie jak zapętlenie i superpozycja, by zapewnić wgląd w inne układy kwantowe. Celem projektu REQS (Reliable quantum simulators) było dopilnowanie, że będą one działały zgodnie z założeniami. Naukowcy zbadali wydajność fotonicznych symulacji kwantowych małych rozmiarów procesów chłodzenia układu hamiltonowskiego w realistycznych warunkach laboratoryjnych. Dokonano także oceny elastyczności symulacji kwantowych próbkowania bozonu, które mogłyby pomóc osiągnąć większą prędkość obliczeń kwantowych w krótszym czasie. Próbkowanie bozonu obejmuje sieć dzielników wiązki, która przekształca jeden zbiór fotonów przybywających do portów wejściowych w drugi zbiór fotonów wychodzących przez szereg portów wyjściowych. Zadaniem kwantowej sieci liniowo-optycznej jest rozpracowanie prawdopodobieństwa, zgodnie z którym określone konfiguracje wejściowe doprowadzą do określonego efektu wyjściowego. Na tej właśnie podstawie powstała ta dość prosta, a jednak matematycznie rygorystyczna metoda rzetelnej certyfikacji rozległej rodziny fotonicznych symulatorów kwantowych. Naukowcy wyprowadzili dolną wartość graniczną wierności dla stanów wielobozonowych i wprowadzili pojęcie niegaussowskich unieważnień stanu. Dotychczas najwięcej wysiłku włożono w realizację technologii kwantowych, podczas gdy niewiele uwagi poświęcono certyfikacji. Choć dostosowana do urządzeń optycznych, metoda REQS może sprawić, że urządzenia kwantowe będą miały szansę dowieść, do czego są zdolne.
Słowa kluczowe
Kontrola jakości, symulator kwantowy, układy wielociałowe, komputer kwantowy, metoda certyfikacji
