Группа исследователей из Швейцарского федерального политехнического университета Лозанны (Swiss Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, EPFL) и Колумбийского университета нашла новый способ выполнения сложных квантовых алгоритмов на традиционном компьютере. Обычно расчеты подобных алгоритмов требуют использования реальных квантовых компьютеров, которые демонстрируют так называемое квантовое ускорение, но разработанный новый метод позволяет с достаточно высокой эффективностью моделировать на обычном компьютере поведение ряда алгоритмов, относящихся к классу вариационных квантовых алгоритмов.
В данном случае исследователям удалось осуществить выполнение квантового алгоритма приблизительной оптимизации (Quantum Approximate Optimization Algorithm, QAOA), который обычно используется для решения классических математических задач оптимизации.
Работа алгоритма QAOA заключается в поиске и выборе наилучшего варианта решения задачи оптимизации из ряда всех возможных решений. Запуск этого алгоритма на обычном компьютере позволяет ученым выполнить проверку того, какие из квантовых алгоритмов могут выполняться лишь на квантовых компьютерах, а какие – и на традиционных. Алгоритм QAOA уже достаточно давно является предметом пристального внимания со стороны технологического сообщества, в 2019 году после завершения создания 53-кубитового квантового компьютера Sycamore компанией Google, именно этот алгоритм был выполнен на этой системе одним из первых.
Метод, разработанный учеными, основан на современных технологиях искусственного интеллекта. Искусственная нейронная сеть Neural Network Quantum States, разработка которой ведется с 2016 года, была обучена и сейчас уже может эмулировать все внутренние аспекты работы квантовой вычислительной системы. При этом, точность эмуляции работы квантовой системы настолько высока, что при ее помощи впервые стало возможным выполнение алгоритма QAOA на обычном компьютере.
Наша работа является демонстрацией того, что алгоритм QAOA и множество других подобных алгоритмов могут выполняться на квантовых компьютерах, моделируемых с высокой точностью внутри классического компьютера, — пишут исследователи, — Разработанный нами метод можно использовать как своего рода тест и как рабочий инструмент для разработки новых квантовых алгоритмов, не требующий реального квантового компьютера для запуска и отладки квантового программного обеспечения.
