Ny Metode Forbedrer Ydelsen af KvanteComputerne Samtidig med at Reducere Miljøpåvirkningen

Et hold af forskere fra National Institute of Information and Communications Technology, Keio University, Tokyo University of Science og University of Tokyo har succesfuldt udviklet en metode til systematisk at finde den optimale kvanteoperationssekvens for en kvantecomputer. Denne nye metode er den første, der opnår succes.

Forskningen blev offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Physical Review A.

Udvikling af den Nye Metode

Kvantecomputerne udfører opgaver ved at afhænge af eksperter, der skriver en sekvens af kvanteoperationer, som traditionelt har involveret computeroperatører, der skriver deres egen baseret på eksisterende metoder. Holdet udviklede en systematisk metode, der anvendte optimal kontrolteori (GRAPE-algoritme) til at identificere den teoretisk optimale sekvens blandt alle forestillede kvanteoperationssekvenser.

Den nye metode forventes at være nyttig for medium-skala kvantecomputere. Samtidig siger holdet, at den skal hjælpe med at forbedre ydelsen af kvantecomputere samtidig med at reducere miljøpåvirkningen i nær fremtid.

Kvantecomputerne har potentialet til at løse en bred vifte af komplekse problemer, såsom reduktion af miljøbelastningen ved at reducere energiforbrug og opdagelse af nye kemiske stoffer til det medicinske felt.

Udfordringerne ved KvanteComputere

En af de største udfordringer ved kvantecomputere er, at kvantetilstanden er meget følsom over for støj, hvilket betyder, at det er svært at holde den stabil i længere tid. Operationerne skal være afsluttet inden for den tid, hvor den kohærente kvantetilstand opretholdes, og dette kræver en metode til systematisk at identificere de optimale sekvenser.

En kvanteoperationssekvens er et computerprogram, der er skrevet i et menneske-læsbart sprog, og det konverteres til at blive behandlet af en kvantecomputer. Kvanteoperationssekvensen indebærer 1-qubit-operationer og 2-qubit-operationer, men den bedste sekvens har færrest operationer samtidig med, at den viser den bedste ydelse.

Den nyudviklede metode analyserer alle mulige sekvenser af grundlæggende kvanteoperationer gennem brug af GRAPE-algoritmen, som er en numerisk optimal kontrolteori-algoritme. Holdet opretter en tabel over kvanteoperationssekvenser og ydelsesindex for hver, som kan variere fra tusinder til millioner. Den optimale kvanteoperationssekvens kan derefter systematisk identificeres baseret på den akkumulerede data.

Holdets metode kan også analysere den komplette liste over alle kvanteoperationssekvenser og evaluere konventionelle metoder, hvilket ermöglicher det at hjælpe med at etablere benchmarks for tidligere og fremtidige forskninger.

Holdet opdagede også, at der er mange fremragende optimale sekvenser af kvanteoperationer, hvilket betyder, at en probabilistisk tilgang kunne udvide anvendeligheden af den nye metode til større opgaver. Ved at integrere maskinlæring med metoden kan den prognostiske kraft forbedres endnu mere.