"결합 진동"이 낯설게 들릴 수도 있지만 자연계 어디에나 존재합니다. "결합 고조파 발진기"라는 용어는 질량과 스프링의 상호 작용 시스템을 설명하지만 과학 및 공학에서의 유용성은 여기서 끝나지 않습니다. 그들은 다리, 원자 사이의 결합, 심지어 지구와 달 사이의 중력 조석 효과와 같은 기계 시스템을 설명합니다. 이러한 문제를 이해하면 화학에서 공학, 재료 과학 및 그 이상에 이르기까지 그에 상응하는 광범위한 시스템을 조사할 수 있습니다.
고전적으로 볼과 스프링 모델로 대표되는 결합 진동 시스템은 더 많은 진동자가 추가됨에 따라 점점 더 복잡해집니다. PNNL(Pacific Northwest National Laboratory) 공동 지명자와 토론토 대학교 Nathan Wiebe 교수가 부분적으로 만든 새로운 양자 알고리즘을 사용하면 이러한 복잡한 결합 발진기 시스템을 시뮬레이션하는 것이 이제 더 빠르고 효율적입니다. 이 결과는 물리적 검토 X.
Wiebe는 Google Quantum AI 및 호주 시드니의 Macquarie University 연구원과 협력하여 양자 컴퓨터에서 결합 질량 및 스프링 시스템을 시뮬레이션하는 알고리즘을 개발했습니다. 그런 다음 연구원들은 기존 알고리즘에 비해 새로운 알고리즘이 기하급수적으로 유리하다는 증거를 제시했습니다.
이러한 속도 향상은 결합된 발진기의 역학을 고전 뉴턴 방정식의 양자 대응인 슈뢰딩거 방정식에 매핑함으로써 가능해졌습니다. 거기에서 해밀턴 방법을 사용하여 시스템을 시뮬레이션할 수 있습니다.
본질적으로 이 접근 방식을 통해 과학자들은 기존 방법보다 훨씬 적은 양자 비트를 사용하여 결합 발진기의 역학을 표현할 수 있습니다. 그러면 연구원들은 기하급수적으로 적은 작업을 사용하여 시스템을 시뮬레이션할 수 있습니다.
아마도 그들의 작업에서 가장 흥미로운 측면은 이 알고리즘이 실제로 가능한 모든 일반 알고리즘에 비해 기하급수적인 속도 향상을 제공하는지 여부에 대한 질문에서 비롯됩니다. 첫째, 저자는 이 알고리즘이 두 가지 방식으로 작동한다는 것을 보여주었습니다. 결합된 고조파 발진기를 사용하여 임의의 양자 컴퓨터를 시뮬레이션할 수 있다는 것입니다.
이는 높은 수준에서 질량과 스프링이 상호 작용하는 매우 큰 시스템이 양자 컴퓨터와 동등한 계산 능력을 포함할 수 있음을 의미합니다.
둘째, 저자는 이러한 역학 계산과 관련된 이론적 제약을 고려했습니다. 기존 컴퓨터에서 다항식 시간으로 이러한 역학을 시뮬레이션할 수 있는 방법이 있다면 연구자들은 양자 컴퓨터를 시뮬레이션하는 더 빠른 방법을 구축할 수 있습니다. 그러나 이는 양자 컴퓨터가 본질적으로 기존 컴퓨터보다 강력하지 않다는 것을 증명합니다.
수년에 걸쳐 축적된 증거에 따르면 클래식 컴퓨터가 질적으로 양자 컴퓨터만큼 강력할 가능성은 매우 낮습니다. 따라서 이 연구는 이 알고리즘이 기하급수적인 속도 향상을 제공할 뿐만 아니라 양자 역학과 겸손한 조화 발진기 사이의 새롭고 미묘한 연결을 명확하게 입증한다는 설득력 있는 주장을 제공합니다.
Wiebe는 “고전적인 계산의 기하급수적 속도 향상을 입증할 수 있는 새로운 클래스는 거의 개발되지 않았습니다.”라고 말했습니다. "우리의 연구는 공학, 신경과학, 화학 분야의 광범위한 문제에 대해 상당한 계산상의 이점을 제공합니다."