Выпускник бакалавриата Физического факультета НГУ Никита Журавлев подготовил исследование, в котором затронул вопросы квантового моделирования элементарных физических процессов. В своей работе «Квантовое моделирование молекулы водорода в среде IBM QExperience» он усовершенствовал алгоритм квантовых вычислений и полностью самостоятельно реализовал его на процессоре IBM.

В 2019 году вышла статья студента под кураторством Ильи Игоревича Бетерова, моего научного руководителя. В статье была реализована схема квантового симулятора молекулы водорода, где в качестве вычислительных ресурсов использовали два атома рубидия, захваченные в пространственно-разнесенные оптические дипольные ловушки, образованные жестко сфокусированными лазерными пучками. Я сам давно хотел попробовать свои силы в квантовом программировании, и мне предложили продолжить эту работу, уже используя квантовый процессор на ультрахолодных сверхпроводящих материалах, разработанный компанией IBM, — рассказал об идее своей работы Никита Журавлев.

Квантовое моделирование элементарных физических процессов позволяет экспериментально решать задачи современной физики, используя новый подход к вычислениям — с помощью квантового процессора. Он позволяет моделировать полезные в решении задач квантовые алгоритмы, такие как «Обратное Фурье-преобразование» и «Оценка фазы» — последний является важным строительным блоком для различных квантовых алгоритмов.

Тем не менее, их реализация на современных квантовых компьютерах сильно ограничена из-за низкой надежности и высокой изменчивости физических характеристик вычислительных устройств — квантовая устойчивость современных квантовых компьютеров мала для реализации большинства алгоритмов. Никита Журавлев создал схему квантового симулятора молекулы водорода в среде IBM QExperience. Схема представляет из себя улучшенный алгоритм Китаева для итерационной оценки фазы. По словам студента, в ходе работы не только были оценены возможности квантового процессора IBM, но и проведен сравнительный анализ, который будет являться отправной точкой для определения дальнейших перспектив.

На данный момент компания IBM предоставляет облачный доступ к собственному квантовому процессору. Существует удобный инструмент Composer, с помощью которого можно создавать квантовые схемы и запускать их, используя 1, 5, 15-кубитные квантовые процессоры или же симулятор. Хорошо разобравшись в теме квантовых алгоритмов, Никите Журавлеву удалось реализовать итерационный модифицированный алгоритм Китаева, а также алгоритм оценки фазы с использованием обратного квантового Фурье-преобразования. Кроме того, выпускник смог запустить эти алгоритмы на пятикубитном процессоре ibmqx2. 

— В Институте физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН ведётся разработка простого двухкубитного квантового процессора, и одним из ключевых моментов в научной деятельности является возможность применять алгоритмы для типовых задач квантовой физики. Собственно, такой задачей и является тема моего диплома. Если говорить о планах на будущее, то есть идеи попробовать использовать методы машинного обучения на квантовом процессоре ИФП, — добавил Никита Журавлев.

Похожие новости

  • 21/04/2020

    Учащиеся СУНЦ НГУ разработали программное обеспечение для фундаментальных биомедицинских исследований

    Учащиеся СУНЦ НГУ провели цикл экспериментальных исследований биофизических характеристик организма человека и разработали программное обеспечение (ПО) для эффективной обработки этих данных. Работа школьников получила высокую оценку на прошедшей Международной научной студенческой конференции (МНСК).
    505
  • 10/06/2020

    Новосибирские физики смогли захватить одиночный атом и сфотографировать его

    ​​Ученые Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН, Новосибирского государственного университета и Новосибирского государственного технического университета смогли удержать одиночный атом рубидия в оптическом пинцете в течение сорока секунд.
    1728
  • 28/01/2020

    «Открытую лабораторную» проведут в День российской науки

    ​8 февраля состоится четвертая по счету просветительская акция «Открытая лабораторная». Каждый желающий сможет проверить свою картину мира с точки зрения передовых естественно-научных знаний. Поучаствовать в «Лабе-2020» можно будет как офлайн, так и онлайн на сайте laba.
    1258
  • 28/05/2020

    Ущерб от «черной пятницы» и влияние генов на характер: учащиеся СУНЦ НГУ стали призерами международной конференции

    ​В мае учащиеся СУНЦ НГУ успешно выступили на международной конференции для школьников "Сахаровские чтения". Свои доклады по информатике, физике и биологии ребята представили в режиме онлайн.
    304
  • 31/10/2016

    Сибирский ученый представил результаты исследований на конференции по когерентной и нелинейной оптике

    ​С каждым годом учёные приближаются к созданию квантового компьютера, в том числе и специалисты из Новосибирского государственного университета и Института физики полупроводников (ИФП) СО РАН. Результаты последних достижений новосибирских физиков в области создания квантового компьютера были представлены на Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике ICONO/LAT 2016, которая прошла в Минске.
    3036
  • 29/06/2018

    В НГУ будут готовить высокопрофессиональных специалистов в области квантовых технологий

    ​С нового учебного года Новосибирский госуниверситет запускает магистерскую программу «Квантовые информационные технологии».  Благодаря уникальной экспериментальной базе и высочайшему потенциалу сибирских исследователей, новая магистерская программа НГУ будет готовить востребованных высокопрофессиональных специалистов в области квантовых технологий.
    811
  • 22/08/2018

    Учеными впервые запечатлены флуктуации при квантовом фазовом переходе

    Физики впервые смогли напрямую зафиксировать локальную динамику системы, которая совершает квантовый фазовый переход, — аналог таких процессов, как конденсация и кристаллизация. В результате ученые пронаблюдали квантовый аналог пузырей пара, которые появляются в воде во время кипения.
    1427
  • 27/12/2017

    «Декабрьские чтения» прошли в Новосибирске

    ​С 21 по 23 декабря 2017 г. в Новосибирском государственном университете прошла конференция «Декабрьские чтения». Участниками из Москвы (МИ РАН. МГУ, ИППИ), Санкт-Петербурга (Университет ИТМО), Тель-Авива (Университет Тель-Авива), Красноярска (СФУ), Челябинска (ЧелГУ), Новосибирска (ИГиЛ СО РАН, ИННГ СО РАН, ИФП СО РАН) были сделаны доклады по актуальным проблемам геометрии, топологии, динамики,  и по направлениям мультидисциплинарных исследований.
    2343
  • 25/04/2016

    Новосибирский физик разрабатывает датчики углекислого газа на основе свето- и фотодиодов

    ​Молодой ученый Института физики полупроводников СО РАН, магистрант​ НГУ Карапет Элоян занимается разработкой датчиков углекислого газа на основе свето- и фотодиодов с использованием антимонидов индия и алюминия.
    2376
  • 27/04/2017

    «Фотоника и квантовые оптические технологии» на МНСК-2017

    «Фотоника и квантовые оптические технологии» — такая секция впервые была организована в рамках 55-ой Международной научной студенческой конференции, которая прошла 16-20 апреля в НГУ. Исследования и разработки в направлениях науки и техники, связанных с генерацией и распространением квантов света (фотонов), управлением ими, изучением и использованием их взаимодействия с веществом, бурно развиваются во всем мире, а результаты этих работ быстро выходят на рынок в виде высоковостребованных устройств и технологий - систем сверхбыстрой оптической связи, промышленных лазеров, биомедицинского лазерного оборудования, метрологических и сенсорных устройств, и многих других.
    3486