Sonata BIS 10: Symulacje układów fizycznych za pomocą technologii wyżarzania niedalekiej przyszłości [1]

    Nowoczesna technologia, skoncentrowana wokół wyżarzaczy kwantowych, ponad rozwiązanie``trudnych'' problemów optymalizacji, obiecuje, chociażby utorowanie drogi dla wydajnych symulacji układów fizycznych. Idea ta zawsze była "świętym gralem" współczesnej fizyki i prawdopodobnie nadal jest jednym z najbardziej ekscytujących przedsięwzięć w obecnych czasach. Efekty jej wykorzystanie mogą bowiem wpłynąć, także na rozwiązanie wielu problemów życia codziennego dotyczących na przykład badania i rozwój leków, logistyki łańcucha dostaw, finansów, szyfrowanie i cyberbezpieczeństwo.
    
    W ramach projektu proponujemy eksploracje idei, skupionych wokół ogólnych urządzeń komputerowych, inspirowanych wyżarzaniem oraz ocenę ich użyteczności w symulowaniu systemów fizycznych, zwłaszcza modeli oddziałujących kubitów w niedalekiej przyszłości. Skupimy się na dwóch kluczowych pomysłach, które stanowią trzon niniejszego projektu:

1. Znalezienie nowych algorytmów, które mogą być wspomagane przez wyżarzacze klasyczne i kwantowe niedalekiej przyszłości do symulacji dynamiki zakodowanej w instancjach tzw. szkieł spinowych.
2. Opracowanie klasycznych algorytmów opartych na metodach wykorzystujących sieci tensorowe, (impulsowe) sieci neuronowe oraz metodach inspirowanych algorytmami Monte Carlo w celu określenia struktury niskoenergetycznego widma problemów szkieł spinowych. 

Pomysły te oparte zostały na trzech zadaniach badawczych, które zostaną wykonane w ramach projektu:

1. Przeprowadzenie eksperymentów dotyczących równoległych w czasie symulacji układów fizycznych kilku-ciałowych na wyżarzaczach.
2. Eksperymentalnie symulowanie dynamiki układów wielo-ciałowych poprzez próbkowanie statystyczne za pomocą wyżarzaczy.
3. Numerycznie emulowanie i weryfikacja technologii wyżarzania niedalekiej przyszłości z wykorzystaniem sieci tensorowych i neuronowych.

Ponadto zidentyfikujemy układy fizyczne możliwe do zasymulowania przy użyciu technologii dostępnej obecnie lub w najbliższej przyszłości. Kluczowym zadaniem będzie  zademonstrowanie koncepcji obejmujących teorię, eksperymenty i symulacje komputerowe. Nasze cele będą dotyczyć głównie walidacji nowo wyłaniającej się technologii wyżarzania i określenia możliwości jej potencjalnych zastosowań w symulacjach  fizycznych. Ponieważ nawet małe układy fizyczne mogą wykazywać bogatą dynamikę, np. nagłą śmierć i wskrzeszenie splątania, zaproponujemy potencjalnych kandydatów na tzw. "trudne" instancje, służące głównie do testowania ograniczenia technologii wyżarzania niedalekiej przyszłości. 
    
    Dodatkowo stworzymy platformę do emulacji i oceny różnych urządzeń do wyżarzania przy użyciu najnowocześniejszych metod. Taka otwarta biblioteka będzie mogła być wykorzystywana do rozwiązywania m.in. problemów optymalizacji pojawiających się w różnych dyscyplinach naukowych i badaniach przemysłowych.