Квантовые симуляторы: архитектуры и возможности

Квантовые симуляторы представляют собой перспективную технологию в спектре квантовых устройств — от специализированных квантовых экспериментов до универсальных квантовых компьютеров. Эти квантовые устройства используют запутанность и многочастичное поведение для исследования и решения сложных научных, инженерных и вычислительных задач. Стремительное развитие за последние два десятилетия привело к созданию более 300 квантовых симуляторов, эксплуатируемых по всему миру и основанных на широком разнообразии экспериментальных платформ. Недавние достижения в нескольких физических архитектурах обещают наступление золотого века квантовых симуляторов — от высокооптимизированных симуляторов специального назначения до гибких программируемых устройств. Эти разработки способствовали сближению идей фундаментальной физики, информатики и инженерии устройств. Они обладают значительным потенциалом для решения задач общественной важности: от понимания жизненно важных химических процессов и создания новых материалов с улучшенными характеристиками до решения сложных вычислительных задач. Сообщество, представленное участниками семинара Национального научного фонда США «Программируемые квантовые симуляторы», считает инвестиции в национальную программу квантовых симуляторов приоритетными для ускорения прогресса в этой области и создания первых практических приложений квантовых машин. Такая программа должна охватывать два основных направления: (1) поддержку создания прототипов квантовых симуляторов, доступных широкому научному сообществу и дополняющих текущие промышленные разработки универсальных квантовых компьютеров; и (2) поддержку фундаментальных исследований, проводимых в рамках многогрупповых междисциплинарных сотрудничеств и обеспеченных ресурсами для разработки программного и аппаратного обеспечения квантовых симуляторов, а также образовательных программ. Настоящий документ представляет собой краткое изложение семинара, поддержанного Национальным научным фондом США и состоявшегося 16–17 сентября 2019 года в Александрии, штат Виргиния, США. Участникам было поручено определить научные потребности и потребности сообщества, возможности и si...