Математическое моделирование является единственным на сегодняшний день способом изучения функционирования квантовых вычислительных систем. Но, из-за высокой сложности принципов работы таких систем увеличение числа моделируемых квантовых битов (кубитов) требует экспоненциального увеличения вычислительной мощности используемых для моделирования обычных вычислительных систем. Все это является причиной тому, что самой сложной квантовой вычислительной системой, которую удавалось смоделировать до последнего времени, являлась система с не очень большим количеством, точнее, с тремя десятками кубитов.
Однако, исследователи Томас Хэнер (Thomas Haner) и Дамиан Стайгер (Damian Steiger) из Швейцарского федерального технологического института (Swiss Federal Institute of Technology, ETH) в Цюрихе собрались в ближайшем времени провести расчеты математической модели квантового компьютера с 49 кубитами. Для расчетов этой модели будет использован пятый в мире по мощности суперкомпьютер, система Cori II, находящаяся в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли. В составе этого суперкомпьютера насчитывается 9 304 вычислительных узла, каждый из которых содержит 68-ядерный процессор Intel Xeon Phi 7250, работающий на тактовой частоте 1.4 ГГц. Объем памяти этой системы составляет один петабайт, а ее пиковая производительность - 29.1 ПФЛОПС.
Во время предыдущих исследований Хэнер и Стайгер использовали возможности суперкомпьютера Cori II для моделирования квантовых вычислительных систем с 30, 36, 42 и 45 кубитами. Для расчетов самой большой модели использовались 8 192 вычислительных узлов, 0.5 петабайта памяти и вычислительная мощность в 0.428 петафлопс.
Полученные в ходе недавних расчетов результаты были сравнены с результатами моделирования 30 и 36-кубитных квантовых компьютеров, выполненных ранее при помощи менее мощного суперкомпьютера под названием Edison, который также находится в лаборатории имени Лоуренса. Сравнение показало, что ускорение расчетов математических моделей являлось не просто результатом использования более мощного суперкомпьютера, достаточно весомая часть этого ускорения была получена за счет использования новых оптимизированных алгоритмов математических моделей.
Производя серии расчетов моделей квантовых компьютеров с увеличивающимся количеством кубитов, Хэнер и Стайгер постоянно вносили изменения в исходный код модели, убирая из него все лишнее, оптимизируя и ускоряя работу имеющихся участков. И в результате этой работы нынешний код работает на порядок быстрее кода, использованного в самых первых моделях.
Существующая математическая модели использует числа с плавающей запятой обычной точности для расчетов сложнейших процессов и амплитуд квантовых колебаний. Хэнер и Стайгер уверены, что в используемом коде имеется еще несколько возможностей для его дальнейшей оптимизации, что позволит им в скором времени провести расчеты модели компьютера с 49 кубитами, используя для этого мощности 8 192 узлов.
