Исследователи из Калифорнийского технологического института и Центра квантовых вычислений AWS разработали квантовый алгоритм, способный находить локальные минимумы в системах многих тел. Локальные минимумы — это состояния, в которых энергия системы ниже, чем у соседних состояний, но не является минимально возможной. Такие состояния часто возникают при охлаждении системы в термальной ванне. Классическим компьютерам сложно находить эти минимумы, однако квантовые компьютеры справляются с этой задачей более эффективно.
Алгоритм, описанный в статье в журнале Nature Physics, имитирует естественные процессы охлаждения, что позволяет квантовым системам достигать локальных минимумов. Исследователи доказали, что задача нахождения локальных минимумов является классически сложной, но квантово легкой. Это открывает новые возможности для изучения энергетических ландшафтов квантовых систем, выходящих за рамки поиска основного состояния.
Работа объединяет подходы из квантовой термодинамики, оптимизации и теории сложности. Ученые планируют применить алгоритм к практическим задачам в материаловедении, химии и физике, а также провести экспериментальные демонстрации на квантовых устройствах. Это исследование подчеркивает потенциал квантовых компьютеров для решения сложных задач, недоступных классическим системам.
Иллюстрация энергетического ландшафта. Изображение: Чен и др.
Дополнительная информация: Chi-Fang Chen et al, Local minima in quantum systems, Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-02781-4.
Источник: Quantum algorithm excels at finding local minima of many-body systems