Нов квантов алгоритъм решава „невъзможен“ проблем с материалите за секунди

Квантовите компютри и другите авангардни квантови технологии разчитат на специализирани квантови материали, които се държат необичайно при определени условия. В някои случаи учените могат дори да създават напълно нови квантови свойства, като внимателно променят структурата на материала. Ярък пример за това е подреждането на листове графен и тяхното усукване в моаре модел, което може внезапно да превърне материала в свръхпроводник.

Изследователите могат да събират тези слоеве в още по-сложни структури, включително квазикристали и супермоаре материали. Въпреки това е изключително трудно да се предскаже поведението на такива екзотични материали. Квазикристалите са толкова математически сложни, че тяхното моделиране може да включва над квадрилион числа – мащаб, недостижим за най-мощните съвременни суперкомпютри.

Учените от факултета по приложна физика към Университета Аалто разработиха алгоритъм, вдъхновен от квантовите изчисления, способен да обработва тези огромни непериодични квантови материали практически мигновено.

Доцент Хосе Ладо отбелязва, че работата също подчертава многообещаващия цикъл на обратна връзка в самата квантова технология.

„Важното е, че тези нови квантови алгоритми могат да осигурят разработването на нови квантови материали за създаване на нови парадигми на квантови компютри, формирайки продуктивен двустранен цикъл на обратна връзка между квантовите материали и квантовите компютри.“

обяснява той

Това постижение в крайна сметка може да подпомогне разработването на електроника, която провежда електричество без загуби на енергия. Такива системи могат да спомогнат за намаляване на нарастващите нужди от охлаждане и енергия на центровете за данни, работещи на базата на изкуствен интелект.

Изследователите се съсредоточиха върху топологичните квазикристали – необичайни материали, съдържащи нетрадиционни квантови възбуждания. Тези възбуждания са особено ценни, тъй като помагат да се защити електропроводимостта от разрушителни шумове и смущения. Те обаче са разпределени неравномерно по и без това изключително сложната структура на квазикристала.

Вместо да се опитва да изчисли директно цялостната структура на материала, екипът преформулира задачата, използвайки методи, аналогични на тези, които се прилагат в квантовите компютри.

На този етап работата остава теоретична и е била извършена чрез моделиране, но изследователите казват, че експерименталната проверка и бъдещите приложения вече не са далеч. Получените данни сочат, че изучаването и проектирането на екзотични квантови материали може да се превърне в едно от първите практични приложения на квантовите алгоритми и квантовите изчислителни системи.