Νέα Μέθοδος Βελτιώνει την Απόδοση των Κβαντικών Υπολογιστών Μειώνοντας την Περιβαλλοντική Επίπτωσή τους

Μια ομάδα ερευνητών από το Εθνικό Ινστιτούτο Πληροφοριών και Επικοινωνιών, το Πανεπιστήμιο Keio, το Πανεπιστήμιο Επιστημών του Τόκιο και το Πανεπιστήμιο του Τόκιο, έχει αναπτύξει με επιτυχία μια μέθοδο για τη συστηματική εύρεση της βέλτιστης ακολουθίας κβαντικών λειτουργιών για einen κβαντικό υπολογιστή. Αυτή η νέα μέθοδος είναι η πρώτη που επιτυγχάνει επιτυχία.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Physical Review A.

Ανάπτυξη της Νέας Μεθόδου

Οι κβαντικοί υπολογιστές εκτελούν εργασίες βασίζοντας τους εαυτούς τους σε εμπειρογνώμονες που γράφουν μια ακολουθία κβαντικών λειτουργιών, η οποία παραδοσιακά έχει εμπλέξει τους χειριστές υπολογιστών να γράφουν τις δικές τους με βάση τις υφιστάμενες μεθόδους. Η ομάδα ανέπτυξε μια συστηματική μέθοδο που εφαρμόζει τη θεωρία ελέγχου (αλγόριθμος GRAPE) για να αναγνωρίσει τη θεωρητικά βέλτιστη ακολουθία από όλες τις δυνατές ακολουθίες κβαντικών λειτουργιών.

Η νέα μέθοδος αναμένεται να είναι χρήσιμη για κβαντικούς υπολογιστές μέσου μεγέθους. Ταυτόχρονα, η ομάδα λέει ότι πρέπει να βοηθήσει στη βελτίωση της απόδοσης των κβαντικών υπολογιστών ενώ μειώνει επίσης την περιβαλλοντική επίδραση στο άμεσο μέλλον.

Οι κβαντικοί υπολογιστές έχουν το δυναμικό να λύσουν ένα ευρύ φάσμα σύνθετων προβλημάτων, όπως τη μείωση του περιβαλλοντικού βάρους μειώνοντας την κατανάλωση ενέργειας και την ανακάλυψη νέων χημικών ουσιών για το ιατρικό πεδίο.

Προκλήσεις της Κβαντικής Υπολογιστικής

Ωστόσο, μια από τις κύριες προκλήσεις της κβαντικής υπολογιστικής είναι ότι η κβαντική κατάσταση είναι εξαιρετικά ευαίσθητη στο θόρυβο, που σημαίνει ότι είναι δύσκολο να τη διατηρήσει σταθερή για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα. Οι λειτουργίες πρέπει να ολοκληρωθούν μέσα στο χρονικό διάστημα που διατηρείται η συνεκτική κβαντική κατάσταση, και αυτό απαιτεί μια μέθοδο για τη συστηματική αναγνώριση των βέλτιστων ακολουθιών.

Μια ακολουθία κβαντικών λειτουργιών είναι ένα πρόγραμμα υπολογιστή που γράφεται σε μια ανθρώπινη γλώσσα και μετατρέπεται για να επεξεργαστεί από einen κβαντικό υπολογιστή. Η ακολουθία κβαντικών λειτουργιών περιλαμβάνει λειτουργίες 1-qubit και 2-qubit, αλλά η καλύτερη ακολουθία έχει τις λιγότερες λειτουργίες ενώ παρουσιάζει την καλύτερη απόδοση.

Η nově αναπτυγμένη μέθοδος αναλύει όλες τις δυνατές ακολουθίες στοιχειωδών κβαντικών λειτουργιών μέσω της χρήσης του αλγορίθμου GRAPE, ο οποίος είναι ένας αλγόριθμος θεωρίας ελέγχου. Η ομάδα δημιουργεί einen πίνακα ακολουθιών κβαντικών λειτουργιών και τον δείκτη απόδοσης για κάθε einen, ο οποίος μπορεί να κυμαίνεται από χιλιάδες έως εκατομμύρια. Η βέλτιστη ακολουθία κβαντικών λειτουργιών μπορεί τότε να αναγνωριστεί συστηματικά με βάση τα συσσωρευμένα δεδομένα.

Η μέθοδος της ομάδας μπορεί επίσης να αναλύσει τον πλήρη κατάλογο όλων των ακολουθιών κβαντικών λειτουργιών και να αξιολογήσει τις συμβατικές μεθόδους, το οποίο της επιτρέπει να βοηθήσει στην καθιέρωση αναφορών για τις μελλοντικές έρευνες.

Η ομάδα ανακάλυψε επίσης ότι υπάρχουν πολλές εξαιρετικές βέλτιστες ακολουθίες κβαντικών λειτουργιών, που σημαίνει ότι μια πιθανοτική προσέγγιση θα μπορούσε να επεκτείνει την εφαρμοσιμότητα της νέας μεθόδου σε μεγαλύτερες εργασίες. Με την ενσωμάτωση της μηχανικής μάθησης με τη μέθοδο, η προβλεπτική δύναμη μπορεί να ενισχυθεί ακόμη περισσότερο.