Учёные впервые смоделировали квантовое скремблирование информации на 20-кубитных компьютерах

Крупный план квантового компьютера на ионных ловушках, использованного для моделирования схем квантового скремблирования информации. Автор: Quantinuum

Четыре исследователя из японского института RIKEN использовали два небольших квантовых компьютера для моделирования процесса квантового скремблирования информации — важного явления в квантовых системах. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Research.

Квантовые компьютеры, находящиеся пока на ранней стадии развития, только начинают находить практическое применение. Однако они обещают революционизировать вычисления по мере созревания технологии.

Одним из возможных применений квантовых компьютеров является моделирование скремблирования квантовой информации — ключевого процесса, связанного с распространением информации в квантовых системах, от странных металлов до чёрных дыр.

После кодирования информации в одной части квантовой системы она со временем размывается через различные процессы и в конечном итоге распространяется по всей системе.

«Квантовое скремблирование информации интересно нам тем, что мы можем использовать его для выполнения дополнительных вычислений, например, расчётов в статистической физике», — отмечает Казухиро Секи из Центра квантовых вычислений RIKEN.

Фотография 20-кубитного квантового компьютера на ионных ловушках, использованного для моделирования схем квантового скремблирования информации. Автор: Quantinuum

Для моделирования исследователи использовали современные квантовые компьютеры через облачный доступ, основанные на кубитах из ионных ловушек. Они провели три симуляции, включая создание скремблированного состояния и его использование для квантовых статистических механических расчётов.

Хотя мощный классический компьютер также мог бы выполнить такое моделирование, сложность симуляций приближается к уровню, где квантовые компьютеры станут незаменимыми для подобных вычислений.

«Мы использовали всего 20 кубитов для проведения симуляций в этом исследовании, — говорит Сейдзи Юноки. — Если мы сможем использовать более 50 кубитов для аналогичных расчётов, это может оказаться слишком сложным для классического компьютера».

20-кубитный квантовый компьютер на ионных ловушках был установлен в RIKEN в феврале 2025 года. «Мы надеемся модернизировать его в ближайшие пару лет, чтобы он имел около 50 кубитов», — добавляет Юноки.

ИИ: Это исследование демонстрирует прогресс в практическом применении квантовых вычислений уже сейчас, в 2025 году. Хотя 20 кубитов — скромный показатель, работа показывает, как даже относительно небольшие квантовые системы могут решать задачи, которые становятся всё сложнее для классических компьютеров.