Международен екип от изследователи успешно извърши широкомащабно моделиране на квантов хаос на 91-кубитов свръхпроводящ квантов процесор, като използва иновативен подход за намаляване на грешките. Експерименталните резултати показват, че дори с днешния „шумящ“ хардуер е възможно да се изучават сложните квантови системи, като се заобикалят ограниченията на класическите изчисления.

Въпреки че възможността за коригиране на грешките е от съществено значение за ефективното квантово моделиране, пълното квантово коригиране на грешките изисква значителен брой кубити и хардуер. Преди това този проблем се решаваше чрез моделиране на ограничени квантови системи с много тела, най-вече в по-малки мащаби, или чрез използване на интегрируеми – или по-малко хаотични – модели.

Изследователският екип от Финландия, Италия, Швейцария и САЩ е избрал метод за намаляване на грешките, който допуска шума и след това, вече по-късно, коригира грешките, спестявайки изчислителни ресурси. Вместо пълномащабна квантова корекция на грешките, която изисква прекомерен брой кубити, смекчаването на грешките, основано на тензорни мрежи, не се опитва да елиминира напълно шума в реално време, а вместо това точно характеризира шума на процесора и след това математически коригира ефектите му при последващата обработка на данните, като спестява изчислителни ресурси.

Симулациите са извършени с помощта на т.нар. двойно-единични квантови схеми, пише Phys. Тези схеми притежават уникална симетрия – унитарност както във времевото, така и в пространственото измерение – която позволява точно да се изчислят някои от свойствата на системата, които иначе биха били недостъпни за анализ. Въз основа на тях изследователите са моделирали модела на Исинг – периодично възбудена квантова система с много тела.

Сравнението на експерименталните резултати с потиснатите грешки показа отлично съответствие с точните аналитични прогнози за автокорелационното затихване в двойно-единичните схеми при различни размери на системата. За по-сложни случаи, които нямат точно аналитично решение, квантовите резултати се съгласуват с напредналото класическо моделиране, основано на тензорни мрежи, дори при мащаби, при които директното класическо моделиране вече не е възможно.

Тази научна работа проправя пътя за използването на съвременните квантови компютри за изучаване на квантовия хаос, преноса на енергия и явленията на локализация в материалите.