Ученые СПбГУ разработали технологию поиска оптических схем для квантовых вычислений на основе генетического алгоритма
Ученые Санкт-Петербургского университета применили аппарат эволюции к задаче поиска новых квантово-оптических схем. Без использования инновационного метода на поиск таких схем ушли бы годы исследований.
Результаты исследования опубликованы в ведущем американском научном журнале Physical Review A.
Сегодня квантовые вычисления пытаются развивать на разных платформах, и пока нет ответа, какая из платформ окажется реализуемой. Основные четыре направления — это построение квантовых алгоритмов на ионах, нейтральных атомах, сверхпроводниках и фотонах. В лаборатории квантовой оптики СПбГУ занимаются разработкой фотонной платформы. Фотоны имеют много достоинств: с ними достаточно легко манипулировать, их легко генерировать, они не требуют охлаждения, как сверхпроводники или атомы. Главная сложность работы с фотонами — организовать их взаимодействие друг с другом. Напрямую создать условия для такого взаимодействия не удается. Чтобы обойти эту проблему, используют схемы с оповещением, которые были исследованы в данной статье.
Схемы с оповещением позволяют наблюдателю по состоянию вспомогательной системы (над которой он производит измерение) сделать вывод о состоянии «остатка», то есть отсеивать результаты, когда логическая операция выполнена. Таким образом, эти схемы работают вероятностно.
Схемы с оповещением известны уже около 20 лет. Однако это лишь некоторое количество схем с конкретными оптическими элементами, конкретными конфигурациями.
Всегда оставался вопрос: а можно ли построить схему, которая бы работала лучше. Именно на этот вопрос мы и попытались ответить, используя генетический алгоритм для поиска оптимальных схем.
Профессор СПбГУ (кафедра общей физики 1) Татьяна Голубева
«Мы определили ключевые параметры схем (аналог кода ДНК) и промоделировали эволюцию поколений, вводя "селекцию", "скрещивание" и "мутацию" особей (где под особями подразумевались оптические схемы). В результате за несколько минут программа смогла найти те схемы, на обнаружение которых ранее ушли годы», — рассказала профессор СПбГУ (кафедра общей физики 1) Татьяна Голубева.
Интересные результаты были получены благодаря объединению усилий и методов. Разработкой программного кода занималась группа математиков из Международного математического института Леонарда Эйлера (группа доцента СПбГУ Сергея Сысоева). Статья является, по сути, презентацией удивительных возможностей, которые дает перенос методов и подходов генетики в квантовую физику.