Fyzici vyvinuli algoritmus pro efektivnější kvantové výpočty

Kvantové počítače jsou jedním z nejvýkonnějších nástrojů, které společnost má k dispozici, s potenciálem řešit mnoho extrémně složitých problémů, které klasické počítače nemohou zvládnout. Nicméně, aby bylo možné dosáhnout nejvýkonnějších kvantových počítačů, je třeba zvýšit efektivitu.

Kvantoví fyzici na Univerzitě v Sussexu se zabývají tímto problémem efektivnosti. Vyvinuli nový algoritmus, který může zvýšit rychlost výpočtů v kvantových počítačích, které jsou目前 vyvíjeny. Algoritmus poskytuje novou cestu pro směrování iontů v kvantovém počítači, což zvyšuje efektivitu výpočtů.

Algoritmus pro „směrování“ byl popsán v výzkumné práci s názvem „Efektivní směrování qubitů pro globálně propojený kvantový počítač s uvězněnými ionty“, která byla publikována v časopise Advanced Quantum Technologies.

Tým byl veden profesorem Winfriedem Hensingerem a zahrnoval Marka Webbera, Dr. Stevena Haerberta a Dr. Sebastiana Weidta.

Hensinger a Webber nedávno založili svou vlastní společnost, Universal Quantum. Cílem je postavit první velký kvantový počítač, a několik významných technologických investorů vyjádřilo zájem.

Algoritmus pro směrování

Algoritmus pro směrování funguje tak, že reguluje provoz v kvantovém počítači, což umožňuje qubitům být fyzicky transportovány na dlouhé vzdálenosti. To umožňuje qubitům interagovat s ostatními, a data mohou být efektivně přenášena v kvantovém počítači bez jakýchkoliv problémů.

Jedním z základních aspektů kvantových počítačů jsou kvantové bity, nebo qubity, které se používají pro zpracování informací. Tým nejprve analyzoval „kvantový počítač s uvězněnými ionty“, který se skládá z křemíkových mikročipů s nabitými atomy. Tyto nabité atomy, nebo ionty, levitují nad povrchem mikročipu, a používají se pro uložení dat. Každý ion může držet jeden kvantový bit informací.

Abyste mohli provádět výpočty na tomto typu kvantového počítače, je třeba ionty pohybovat. Síla kvantového počítače závisí na tom, jak rychle a efektivně se to může stát.

Superconducting vs Trapped Ion

Existují dva hlavní typy zařízení, které se používají v oblasti kvantových počítačů: superconducting zařízení a zařízení s uvězněnými ionty.

Superconducting zařízení se používají některými velkými společnostmi, jako jsou IBM a Google (GOOGL ), zatímco zařízení s uvězněnými ionty se používají týmem na Univerzitě v Sussexu a dalšími společnostmi.

Kvantové počítače se superconducting zařízení spoléhají na stacionární qubity, a většina času mohou interagovat pouze s qubity, které jsou přímo vedle sebe. Abyste mohli provádět výpočty mezi qubity, které nejsou přímo vedle sebe, je třeba komunikovat prostřednictvím řetězce sousedních qubitů.

Jak se informace pohybují z jednoho qubitu na druhý a tak dále, stávají se více zkreslenými, čím delší je řetězec. Z tohoto důvodu jsou superconducting kvantové počítače považovány týmem za zařízení s omezenou výpočetní sílou.

Z důvodu těchto omezení se tým rozhodl vyvinout nový algoritmus pro směrování pro architekturu s uvězněnými ionty. Současná metoda pro měření výpočetní síly blízkých kvantových počítačů je „Kvantový objem“, který tým mohl použít pro srovnání svého modelu se superconducting zařízeními.

Tým zjistil, že jejich model s uvězněnými ionty byl konzistentnější a lépe fungoval než superconducting qubity, a to díky jejich algoritmu, který umožňuje qubitům přímo interagovat s více qubity. Tento způsob vede k vyšší očekávané výpočetní síle.

„Nyní můžeme předpovědět výpočetní sílu kvantových počítačů, které stavíme. Naše studie ukázala fundamentální výhodu pro zařízení s uvězněnými ionty, a nový algoritmus pro směrování nám umožní maximalizovat výkon raných kvantových počítačů,“ řekl Webber.

Podle Hensingera „Je to další krok k budování praktických kvantových počítačů, které mohou řešit reálné problémy.“