Vědci představili kvantový algoritmus QHT: Může výrazně zrychlit AI a vědecké simulace

Vědci z amerického Ministerstva energetiky (DOE) Brookhaven National Laboratory, Northeastern University, Google Quantum AI a University of Texas at Austin vyvinuli nový algoritmus pro kvantové počítače.

Vědci z amerického Ministerstva energetiky (DOE) Brookhaven National Laboratory, Northeastern University, Google Quantum AI a University of Texas at Austin vyvinuli nový algoritmus pro kvantové počítače. Tento algoritmus, nazvaný kvantová Hermiteova transformace (QHT), představuje nový „kvantový primitiv“ – základní výpočetní stavební blok, který by mohl výrazně rozšířit rozsah problémů, jež budoucí kvantové počítače dokážou řešit. Tým své objevy prezentoval na 58. výročním sympoziu ACM o teorii výpočtů (STOC 2026) v Salt Lake City.

Na rozdíl od klasických počítačů spoléhají kvantové počítače na specializované algoritmy využívající kvantově mechanické jevy, jako je superpozice a provázanost. I když bylo dosaženo významného pokroku v kvantovém hardwaru, softwarovému ekosystému stále chybí rozmanitá sada standardizovaných algoritmických primitivů, které by bylo možné opakovaně používat napříč různými aplikacemi. Nově vyvinutá kvantová Hermiteova transformace se snaží tuto mezeru částečně vyplnit. V klasických výpočtech je Hermiteova transformace široce používána v inženýrství, fyzice a zpracování signálů, kde hraje důležitou roli při popisu kvantového harmonického oscilátoru a v Gaussovských systémech využívaných v strojovém učení a datové vědě. Dosud však bylo efektivní provedení ekvivalentní operace na kvantovém počítači výpočetně nákladné.

Výzkumný tým navrhl kvantový obvod schopný provádět Hermiteovu transformaci s pouze logaritmickou výpočetní režií, což výrazně snižuje počet potřebných operací ve srovnání se stávajícími přístupy. Algoritmus také zahrnuje techniku známou jako kvantové rychlé posouvání vpřed (quantum fast-forwarding), která umožňuje kvantovému počítači vypočítat budoucí stav určitých kvantových systémů bez simulace každého mezikroku. Podle vědců tato schopnost může výrazně zkrátit čas potřebný k přípravě složitých kvantových stavů před zahájením výpočtu. V kombinaci s novými metodami přípravy stavů, které tým vyvinul, poskytuje kvantová Hermiteova transformace praktický způsob, jak efektivněji reprezentovat a analyzovat kvantové informace.

Přestože je práce zásadně matematická, její dopady sahají daleko za teoretickou fyziku. Jelikož Hermiteovy funkce již tvoří základ mnoha Gaussových modelů používaných ve statistice, strojovém učení a zpracování signálů, vědci věří, že nový kvantový primitiv by mohl nakonec podpořit efektivnější kvantové algoritmy pro oblasti jako umělá inteligence, materiálová věda, energetický výzkum a pokročilé vědecké simulace. Důležité je, že rozšíření knihovny opakovaně použitelných kvantových primitivů umožní výzkumníkům navrhovat zcela nové třídy kvantových algoritmů, namísto opakovaného spoléhání se na stávající techniky, jako je kvantová Fourierova transformace. Studie uvádí, že kvantová Hermiteova transformace také nabízí exponenciální rychlostní výhodu oproti nejlepším známým klasickým přístupům pro provádění ekvivalentních operací za vhodných podmínek kvantového počítání.