США определили восемь задач для проверки полезности квантовых компьютеровМинистерство энергетики…

Министерство энергетики США (DOE)представиловосемь научных задач, по которым планируются оценивать будущие отказоустойчивыеквантовые компьютеры. Они охватывают химию, материаловедение, субатомную физику и прикладную математику.

Перечень получил название Quantum Genesis Priority Applications (QGPA). Он станет основой для проверки научной значимости квантовых вычислений и разработки соответствующего оборудования и программного обеспечения.

Результаты планируют сопоставлять с возможностями современных суперкомпьютеров. Ведомство рассчитывает определить, в каких областях квантовые системы смогут обеспечить научные результаты, недоступные существующим классическим методам.

DOE распределило восемь приоритетных задач по четырем направлениям:

Химия — исследователи сосредоточатся на моделировании механизмов сложных химических реакций и их динамики. В частности, речь идет о процессах, связанных с поглощением света, и поведении молекул в возбужденных состояниях.

Материаловедение — квантовые компьютеры будут использовать для изучения основных состояний квантовых материалов и их динамики в экстремальных условиях. Среди потенциальных объектов исследования — топологические материалы и сверхпроводники.

Субатомная физика — в перечень вошли моделирование динамики сильно взаимодействующей материи, изучение вещества при высокой плотности и исследование структуры атомных ядер.В частности, вычисления могут помочь разобраться во взаимодействиях, формирующих протоны и нейтроны, а также в поведении материи в условиях, характерных для некоторых ядерных процессов.

Прикладная математика — ведомство выделило решение систем линейных уравнений и уравнений в частных производных. Они лежат в основе моделирования множества физических процессов.

Для каждой задачи DOE предусмотрело примеры целевых вычислений, на которых можно будет проверять возможности будущих систем. Ведомство также продолжит изучать перспективы квантовых вычислений в физике плазмы, биохимии и оптимизации, однако эти направления пока не вошли в основной перечень.

Quantum & After. Вопрос №8: что квантовый компьютер уже умеет?

От демонстраций к научной пользе

Квантовые компьютеры уже способны выполнять специализированные вычислительные тесты. Однако высокие результаты в таких испытаниях не обязательно означают преимущество при решении реальных исследовательских задач, поэтому главная цель инициативы — перейти от отдельных демонстраций возможностей квантовых процессоров к оценке их практической значимости для науки.

DOE предлагает оценивать будущие системы на конкретных научных проблемах, для которых возможности классических суперкомпьютеров ограничены. В ведомстве подчеркнули, что приоритетные приложения должны объединить разработчиков квантового оборудования, программного обеспечения и ученых из соответствующих областей.

При этом добавление задачи в перечень не означает, что квантовые компьютеры уже решают ее эффективнее классических. Речь идет о направлениях, в которых предстоит проверить потенциальное преимущество отказоустойчивых систем.

Новый перечень станет частью федеральной программы Quantum Genesis, направленной на создание научно значимых отказоустойчивых квантовых компьютеров.

17 сентября DOEобъявилоконкурс Q Competition с планируемым финансированием до $215 млн. Участникам предложили разработать системы как минимум со 100 логическими кубитами, способные выполнять сотни миллионов отказоустойчивых операций.

Конкурс предусматривает два этапа: на первом разработчики смогут получить до $1,5 млн за достижение промежуточных результатов; на втором предусмотрен общий призовой фонд в $100 млн для участников, продемонстрировавших системы со 100 логическими кубитами.

Дополнительные фонды по $50 млн предназначены для разработчиков компьютеров со 150 и 200 логическими кубитами. Выделение средств на будущие финансовые годы зависит от решений Конгресса США.

Помимо конкурса, новые научные задачи будут использоваться при создании National Quantum Supercomputing User Facility — инфраструктуры, которая объединит доступ к квантовым вычислениям и суперкомпьютерным ресурсам DOE. Третье направление Quantum Genesis предусматривает отдельные исследования прикладных алгоритмов и научных сценариев использования отказоустойчивых систем.

Аудиторы выявили пробелы в подготовке ведомств США к квантовым угрозам

Напомним, в апреле Минэнерго СШАсообщилоо планах представить к 2028 году первое поколение отказоустойчивых квантовых компьютеров для научных расчетов.