الاحصاء الكمية
يطور الفيزيائيون خوارزمية لإجراء حسابات كمومية أكثر كفاءة
تعد الحوسبة الكمومية واحدة من أقوى الأدوات المتاحة للمجتمع، مع إمكانية حل العديد من المشكلات المعقدة للغاية التي لا تستطيع أجهزة الكمبيوتر التقليدية التعامل معها. ومع ذلك، من أجل تحقيق أقوى أجهزة الكمبيوتر الكمومية، يجب أن تكون هناك زيادة في الكفاءة.
يعالج علماء فيزياء الكم في جامعة ساسكس مشكلة الكفاءة هذه. لقد أنشأوا خوارزمية جديدة يمكنها زيادة سرعة معدل العمليات الحسابية في أجهزة الكمبيوتر الكمومية التي يتم تطويرها حاليًا. توفر الخوارزمية طريقة جديدة لتوجيه الأيونات حول الكمبيوتر الكمومي ، مما يزيد من كفاءة العمليات الحسابية.
تم تفصيل "خوارزمية التوجيه" في ورقة بحثية بعنوان "توجيه Qubit الفعال لجهاز كمبيوتر كمي أيون محاصر متصل عالميًا، "الذي تم نشره في المجلة تقنيات الكم المتقدمة.
قاد الفريق البروفيسور وينفريد هينسنجر وضم مارك ويبر والدكتور ستيفن هيربرت والدكتور سيباستيان ويدت.
أطلق Hensinger و Webber مؤخرًا شركتهما الخاصة ، Universal Quantum. يهدف إلى بناء أول كمبيوتر كمي واسع النطاق على الإطلاق ، و أعرب العديد من مستثمري التكنولوجيا رفيعي المستوى عن اهتمامهم.
خوارزمية التوجيه
تعمل خوارزمية التوجيه من خلال تنظيم حركة المرور في جهاز كمبيوتر كمي ، مما يجعل من الممكن نقل quibits فعليًا عبر مسافات طويلة. هذا يسمح لل quibits بالتفاعل مع الآخرين ، والبيانات قادرة على التحرك بكفاءة داخل الكمبيوتر الكمي دون أي اختناقات.
أحد الجوانب التأسيسية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية هو البتات الكمومية ، أو quibits ، والتي تُستخدم لمعالجة المعلومات. قام الفريق أولاً بتحليل الكمبيوتر الكمومي "الأيوني المحاصر" ، والذي يتكون من رقائق السيليكون الدقيقة مع الذرات المشحونة. هذه الذرات المشحونة ، أو الأيونات ، تحلق فوق سطح الرقاقة ، وتُستخدم لتخزين البيانات. كل أيون قادر على الاحتفاظ بجزء كمي واحد من المعلومات.
من أجل إجراء عمليات حسابية على هذا النوع من أجهزة الكمبيوتر الكمومية ، يجب تحريك الأيونات. تعتمد قوة الكمبيوتر الكمومي على مدى سرعة وكفاءة حدوث ذلك.
التوصيل الفائق مقابل الأيونات المحاصرة
هناك نوعان من الأجهزة الرئيسية المستخدمة في مجال الحوسبة الكمومية: الأجهزة فائقة التوصيل والأجهزة الأيونية المحاصرة.
يتم استخدام الأجهزة فائقة التوصيل من قبل بعض الشركات ذات الأسماء الكبيرة مثل IBM و Google ، بينما يتم استخدام الأجهزة الأيونية المحاصرة من قبل فريق جامعة ساسكس وشركات أخرى.
تعتمد أجهزة الكمبيوتر الكمومية فائقة التوصيل على quibits الثابتة ، وفي معظم الأحيان يمكن أن تتفاعل فقط مع quibits الموجودة بجوار بعضها البعض. من أجل إجراء العمليات الحسابية بين quibits غير المتجاورة مباشرة ، يجب أن يكون هناك اتصال عبر سلسلة من quibits المجاورة.
مع انتقال المعلومات من كيوبت إلى التالي وما إلى ذلك ، تصبح أكثر فسادًا كلما طالت السلسلة. لهذا السبب ، يرى الفريق أن الحواسيب الكمومية فائقة التوصيل تمتلك قوة حسابية محدودة.
بسبب هذه القيود ، اختار الفريق تطوير خوارزمية توجيه جديدة لمعمارية الأيونات المحاصرة. الطريقة الحالية لقياس القوة الحسابية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية على المدى القريب هي "الحجم الكمي" ، والتي تمكن الفريق من استخدامها لمقارنة نموذجهم بالنماذج فائقة التوصيل.
وجد الفريق أن نموذج الأيونات المحاصرة الخاص بهم كان أكثر اتساقًا وأداءً أفضل من نموذج qubit فائقة التوصيل ، وكان هذا بسبب خوارزميتهم التي تسمح للكيبيتات بالتفاعل المباشر مع المزيد من quibits. ينتج عن هذه الطريقة قوة حسابية أعلى متوقعة.
يمكننا الآن توقع القوة الحسابية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية التي نبنيها. أشارت دراستنا إلى ميزة أساسية للأجهزة الأيونية المحاصرة ، وستسمح لنا خوارزمية التوجيه الجديدة بتعظيم أداء أجهزة الكمبيوتر الكمومية المبكرة ".
وفقًا لـ Hensinger ، "في الواقع ، هذا العمل هو نقطة انطلاق أخرى نحو بناء حواسيب كمومية عملية يمكنها حل مشاكل العالم الحقيقي."
