Исследователи из Технологического университета Чалмерса (Швеция) теперь показали, что они могут решить небольшую часть реальной логистической проблемы с помощью своего небольшого, но хорошо функционирующего квантового компьютера, - пишет eurekalert.org.
Квантовые компьютеры уже успели превзойти обычные компьютеры в решении определенных задач - к сожалению, совершенно бесполезных. Следующая веха - научить их делать полезные дела. Исследователи из Технологического университета Чалмерса в Швеции показали, что они могут решить небольшую часть реальной логистической проблемы с помощью своего небольшого, но хорошо функционирующего квантового компьютера.
Интерес к созданию квантовых компьютеров в последние годы значительно возрос, и во многих частях мира ведется лихорадочная работа. В 2019 году исследовательская группа Google совершила крупный прорыв, когда их квантовый компьютер смог решить задачу намного быстрее, чем лучший суперкомпьютер в мире. Обратной стороной является то, что решенная задача не имела никакого практического применения - она была выбрана потому, что считалось, что ее легко решить с помощью квантового компьютера, но очень сложно мощностями обычного компьютера.
Поэтому сейчас важная задача состоит в том, чтобы найти полезные актуальные проблемы, которые недоступны для обычных компьютеров, но которые могли бы быть решены относительно небольшим квантовым компьютером.
«Мы хотим быть уверены в том, что разрабатываемый нами квантовый компьютер может помочь решить соответствующие проблемы на раннем этапе. Поэтому мы работаем в тесном сотрудничестве с промышленными компаниями», - говорит физик-теоретик Джулия Феррини, один из руководителей квантового компьютера Технологического университета Чалмерса. Вместе с Йораном Йоханссоном Джулия Феррини руководила теоретической работой, когда группа исследователей из Чалмерса, в том числе аспирант промышленной авиационной логистической компании Jeppesen, недавно показала, что квантовый компьютер может решить реальную проблему в авиационной отрасли.
Все авиакомпании сталкиваются с проблемами планирования. Например, назначение отдельных самолетов разным маршрутам представляет собой проблему оптимизации, размер и сложность которой очень быстро растет по мере увеличения количества маршрутов и самолетов.
Исследователи надеются, что квантовые компьютеры в конечном итоге будут лучше справляться с такими проблемами, чем современные. Основной строительный блок квантового компьютера - кубит - основан на совершенно иных принципах, чем строительные блоки современных компьютеров, что позволяет им обрабатывать огромные объемы информации с относительно небольшим количеством кубитов.
Однако из-за их разной структуры и функций квантовые компьютеры должны программироваться иначе, чем обычные компьютеры. Один из предложенных алгоритмов, который считается полезным на ранних квантовых компьютерах, - это так называемый алгоритм квантовой приближенной оптимизации (QAOA).
Исследовательская группа Чалмерса успешно выполнила указанный алгоритм на своем квантовом компьютере - процессоре с двумя кубитами - и показала, что он может успешно решить проблему назначения самолетов по маршрутам. В этой первой демонстрации результат можно было легко проверить, поскольку масштаб был очень маленьким - в нем участвовали всего два самолета.
Таким образом ученые показали, что алгоритм QAOA может решить проблему назначения самолетов по маршрутам на практике. Им также удалось запустить алгоритм на один уровень дальше, чем кто-либо прежде, что требует очень хорошего оборудования и точного контроля.
«Мы показали, что у нас есть возможность отображать соответствующие проблемы на нашем квантовом процессоре. У нас все еще есть небольшое количество кубитов, но они работают хорошо. Наш план состоял в том, чтобы сначала заставить все работать очень хорошо в небольшом масштабе, а затем масштабировать это», - говорит Джонас Биландер, старший научный сотрудник, ответственный за экспериментальный дизайн, и один из руководителей проекта создания квантового компьютера в Чалмерсе.
Теоретики из исследовательской группы также смоделировали решение той же задачи оптимизации для 278 самолетов, для чего потребуется квантовый компьютер с 25 кубитами. «Результаты остались хорошими при увеличении масштаба. Это говорит о том, что алгоритм QAOA имеет потенциал для решения этого типа проблем в еще более крупных масштабах», - говорит Джулия Феррини.
Однако для того, чтобы превзойти лучшие современные компьютеры,
потребуются устройства гораздо большего размера. Исследователи из
Chalmers начали расширяться и в настоящее время работают с пятью
квантовыми битами. К 2021 году планируется достичь не менее 20
кубитов при сохранении высокого качества.
[Фото: eurekalert.org]
