Fysikere udvikler algoritme til mere effektive kvanteberegninger

Kvantecomputering er et af de kraftigste værktøjer, der er til rådighed for samfundet, med potentialet for at løse mange af de ekstremt komplekse problemer, som klassiske computere ikke kan håndtere. Men for at opnå de kraftigste kvantecomputere, skal der være en øgning i effektiviteten.

Kvante-fysikere ved University of Sussex arbejder med at løse dette effektivitetsproblem. De har skabt en ny algoritme, der kan øge hastigheden af beregningerne i de kvantecomputere, der i øjeblikket udvikles. Algoritmen giver en ny måde at routere ionerne rundt i kvantecomputeren på, hvilket øger effektiviteten af beregningerne.

Den såkaldte ‘routingsalgoritme’ blev detaljeret i forskningspapiret med titlen “Efficient Qubit Routing for a Globally Connected Trapped Ion Quantum Computer“, som blev offentliggjort i tidsskriftet Advanced Quantum Technologies.

Holdet blev ledet af professor Winfried Hensinger og inkluderede Mark Webber, Dr. Steven Haerbert og Dr. Sebastian Weidt.

Hensinger og Webber har for nylig lanceret deres eget firma, Universal Quantum. Det har til formål at bygge den første større kvantecomputer, og flere højtstående tech-investorer har udtrykt interesse.

Routingsalgoritme

Routingsalgoritmen fungerer ved at regulere trafikken i en kvantecomputer, så det er muligt for qubits at blive fysisk transporteret over lange afstande. Dette giver qubits mulighed for at interagere med andre, og data kan flytte effektivt inden for kvantecomputeren uden nogen forsinkelser.

En af de grundlæggende aspekter af kvantecomputere er kvantebits, eller qubits, som bruges til at behandle information. Holdet analyserede først en ‘fanget ion’-kvantecomputer, som består af silicium-mikrochips med opladede atomer. Disse opladede atomer, eller ioner, svæver over mikrochip-overfladen og bruges til at gemme data. Hver ion kan holde én qubit information.

For at udføre beregninger på denne type kvantecomputer, skal ionerne flyttes rundt. Kvantecomputerens kraft afhænger af, hvor hurtigt og effektivt dette kan ske.

Superledende vs Fanget Ion

Der er to hovedenheder, der bruges inden for kvantecomputering: superledende enheder og fanget ion-enheder.

Superledende enheder bruges af nogle af de store virksomheder som IBM og Google (GOOGL ), mens fanget ion-enheder bruges af holdet ved University of Sussex og andre virksomheder.

Superledende kvantecomputere afhænger af stationære qubits, og de kan kun interagere med qubits, der er lige ved siden af. For at udføre beregninger mellem qubits, der ikke er lige ved siden af hinanden, skal der være kommunikation gennem en kæde af nærliggende qubits.

Da informationen flytter sig fra én qubit til den næste og så videre, bliver den mere korrupt, jo længere kæden er. Derfor ses superledende kvantecomputere af holdet som havende en begrænset beregningskraft.

På grund af disse begrænsninger valgte holdet at udvikle en ny routingsalgoritme til fanget ion-arkitektur. Den nuværende metode til at måle den beregningskraft af nærmere kvantecomputere er ‘Kvantvolume’, som holdet kunne bruge til at sammenligne deres model med superledende modeller.

Holdet fandt ud af, at deres fanget ion-model var mere konsistent og havde bedre præstation end superledende qubits, og dette skyldtes, at deres algoritme tillod qubits at interagere direkte med flere qubits. Denne metode resulterer i en højere forventet beregningskraft.

“Vi kan nu forudsige den beregningskraft af de kvantecomputere, vi bygger. Vores studie viste en grundlæggende fordel for fanget ion-enheder, og den nye routingsalgoritme vil give os mulighed for at maksimere ydelsen af tidlige kvantecomputere,” sagde Webber.

Ifølge Hensinger: “Dette arbejde er endnu et skridt på vej til at bygge praktiske kvantecomputere, der kan løse virkelige problemer i verden.”