В новой статье в журнале Science Advances исследователи из JPMorgan Chase, Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) и компании Quantinuum продемонстрировали явные доказательства ускорения квантового алгоритма для алгоритма квантовой аппроксимированной оптимизации (QAOA ).

Этот алгоритм был тщательно изучен и реализован на многих квантовых компьютерах. Он имеет потенциальное применение в таких областях, как логистика, телекоммуникации, финансовое моделирование и материаловедение .

«Эта работа является важным шагом на пути к достижению квантового преимущества , закладывая основу для будущего влияния на производство», — сказал Марко Пистойя, руководитель отдела глобальных технологических прикладных исследований в JPMorgan Chase.

Команда исследовала, может ли квантовый алгоритм с низкой стоимостью реализации обеспечить квантовое ускорение по сравнению с наиболее известными классическими методами. QAOA был применен к проблеме двоичных последовательностей с низкой автокорреляцией, которая имеет значение для понимания поведения физических систем, обработки сигналов и криптографии. Исследование показало, что если алгоритму будет предложено решать все более крупные задачи, время, необходимое для их решения, будет расти медленнее, чем у классического решателя.

Чтобы изучить производительность квантового алгоритма в идеальной бесшумной обстановке, JPMorgan Chase и Argonne совместно разработали симулятор для оценки производительности алгоритма в масштабе.

«В крупномасштабном моделировании квантовых схем эффективно использовался петамасштабный суперкомпьютер Polaris Министерства энергетики США, расположенный в ALCF. Эти результаты показывают, как высокопроизводительные вычисления могут дополнять и продвигать область квантовой информатики», — сказал Юрий Алексеев, ученый-вычислитель из Аргонна. Джеффри Ларсон, специалист по вычислительной математике из отдела математики и информатики Аргоннского университета, также внес свой вклад в это исследование.

Чтобы сделать первый шаг к практической реализации ускорения алгоритма, исследователи продемонстрировали мелкомасштабную реализацию на квантовых компьютерах Quantinuum System Model H1 и H2 с захваченными ионами. Используя обнаружение ошибок, специфичных для алгоритма, команда снизила влияние ошибок на производительность алгоритма до 65%.

«Наше многолетнее партнерство с JPMorgan Chase привело к этому значимому и заслуживающему внимания трехстороннему исследовательскому эксперименту, в результате которого также был задействован Аргонн. Результаты не могли бы быть достигнуты без беспрецедентного и лидирующего в мире качества нашего квантового компьютера серии H, который предоставляет гибкое устройство для проведения экспериментов по исправлению и обнаружению ошибок, а также точности вентилей, которая на годы опережает другие квантовые компьютеры», — сказал Ильяс Хан, основатель и директор по продуктам Quantinuum.