Φυσικοί Δημιουργούν Αλγόριθμο για Περισσότερο Αποτελεσματικές Κβαντικές Υπολογισμοί

Οι κβαντικοί υπολογιστές είναι ένα από τα πιο ισχυρά εργαλεία που διαθέτει η κοινωνία, με τη δυνατότητα να λύσουν πολλά από τα εξαιρετικά σύνθετα προβλήματα που δεν μπορούν να αντιμετωπιστούν από τους κλασικούς υπολογιστές. Ωστόσο, για να επιτευχθούν οι πιο ισχυροί κβαντικοί υπολογιστές, πρέπει να αυξηθεί η αποδοτικότητα.

Οι κβαντικοί φυσικοί στο Πανεπιστήμιο του Σάσσεξ αντιμετωπίζουν αυτό το πρόβλημα αποδοτικότητας. Έχουν δημιουργήσει einen νέο αλγόριθμο που μπορεί να αυξήσει την ταχύτητα του ρυθμού των υπολογισμών στους κβαντικούς υπολογιστές που目前 αναπτύσσονται. Ο αλγόριθμος παρέχει einen νέο τρόπο να διευθύνει τα ιόντα γύρω από τον κβαντικό υπολογιστή, ο οποίος αυξάνει την αποδοτικότητα των υπολογισμών.

Ο «αλγόριθμος διαδρομής» περιγράφηκε στην έρευνα με τίτλο «Αποτελεσματική Διαδρομή Κβαντικών Bits για einen Παγκοσμίως Συνδεδεμένο Κβαντικό Υπολογιστή με Ιόντα», που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Advanced Quantum Technologies.

Η ομάδα ήταν υπό την ηγεσία του Καθηγητή Winfried Hensinger και περιελάμβανε τους Mark Webber, Dr. Steven Haerbert και Dr. Sebastian Weidt.

Ο Hensinger και ο Webber έχουν πρόσφατα ξεκινήσει την δική τους εταιρεία, Universal Quantum. Στόχος της είναι να κατασκευάσει τον πρώτο μεγάλης κλίμακας κβαντικό υπολογιστή, και πολλοί επενδυτές έχουν εκδηλώσει ενδιαφέρον.

Αλγόριθμος Διαδρομής

Ο αλγόριθμος διαδρομής λειτουργεί ρυθμίζοντας την κυκλοφορία σε einen κβαντικό υπολογιστή, καθιστώντας δυνατή την φυσική μεταφορά των κβαντικών bit σε μεγάλες αποστάσεις. Αυτό επιτρέπει στα κβαντικά bit να αλληλεπιδρούν με άλλα, και τα δεδομένα μπορούν να μεταφερθούν αποτελεσματικά μέσα στον κβαντικό υπολογιστή χωρίς καθυστερήσεις.

Ένα από τα θεμελιώδη στοιχεία των κβαντικών υπολογιστών είναι τα κβαντικά bit, ή κβαντικά bits, τα οποία χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία πληροφοριών. Η ομάδα ανάλυσε έναν «κβαντικό υπολογιστή με ιόντα», ο οποίος αποτελείται από πυριτίου μικροτσιπ με φορτισμένα άτομα. Αυτά τα φορτισμένα άτομα, ή ιόντα, επιπλέουν πάνω από την επιφάνεια του μικροτσιπ, και χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση δεδομένων. Κάθε ιόν μπορεί να κρατήσει ένα κβαντικό bit πληροφοριών.

Για να πραγματοποιηθούν υπολογισμοί σε αυτόν τον τύπο κβαντικού υπολογιστή, τα ιόντα πρέπει να μετακινηθούν. Η ισχύς του κβαντικού υπολογιστή εξαρτάται από το πόσο γρήγορα και αποτελεσματικά αυτό μπορεί να συμβεί.

Υπερ αγωγός vs Κβαντικός Υπολογιστής με Ιόντα

Υπάρχουν δύο основные συσκευές που χρησιμοποιούνται στον τομέα των κβαντικών υπολογιστών: οι υπερ αγωγείς συσκευές και οι κβαντικοί υπολογιστές με ιόντα.

Οι υπερ αγωγείς συσκευές χρησιμοποιούνται από einige μεγάλες εταιρείες όπως η IBM και η Google (GOOGL ), ενώ οι κβαντικοί υπολογιστές με ιόντα χρησιμοποιούνται από την ομάδα στο Πανεπιστήμιο του Σάσσεξ και άλλες εταιρείες.

Οι κβαντικοί υπολογιστές με υπερ αγωγείς βασίζονται σε σταθερά κβαντικά bit, και συνήθως μπορούν να αλληλεπιδράσουν μόνο με κβαντικά bit που βρίσκονται δίπλα τους. Για να πραγματοποιηθούν υπολογισμοί μεταξύ κβαντικών bit που δεν είναι ακριβώς δίπλα τους, πρέπει να υπάρχει επικοινωνία μέσω μιας αλυσίδας γειτονικών κβαντικών bit.

Όσο τα δεδομένα μεταφέρονται από ένα κβαντικό bit στο επόμενο και così weiter, γίνεται όλο και πιο διαταραγμένο όσο μεγαλύτερη είναι η αλυσίδα. Λόγω αυτού, οι κβαντικοί υπολογιστές με υπερ αγωγείς θεωρούνται από την ομάδα ως έχοντες περιορισμένη υπολογιστική ισχύ.

Λόγω αυτών των περιορισμών, η ομάδα επέλεξε να αναπτύξει einen νέο αλγόριθμο διαδρομής για την αρχιτεκτονική των κβαντικών υπολογιστών με ιόντα. Η τρέχουσα μέθοδος για την μέτρηση της υπολογιστικής ισχύος των κβαντικών υπολογιστών της επόμενης γενιάς είναι το «Κβαντικό Όγκο», το οποίο η ομάδα μπορούσε να χρησιμοποιήσει για να συγκρίνει το μοντέλο τους με τα υπερ αγωγείς.

Η ομάδα βρήκε ότι το μοντέλο τους με κβαντικούς υπολογιστές με ιόντα ήταν πιο σταθερό και εκτελούσε καλύτερα από το μοντέλο με υπερ αγωγείς, και αυτό οφειλόταν στο ότι ο αλγόριθμος τους επέτρεπε στα κβαντικά bit να αλληλεπιδρούν trực tiếp με περισσότερα κβαντικά bit. Αυτή η μέθοδος οδηγεί σε μια υψηλότερη αναμενόμενη υπολογιστική ισχύ.

«Τώρα μπορούμε να προβλέψουμε την υπολογιστική ισχύ των κβαντικών υπολογιστών που κατασκευάζουμε. Η μελέτη μας έδειξε einen θεμελιώδη πλεονέκτημα για τις συσκευές με ιόντα, και ο νέος αλγόριθμος διαδρομής θα μας επιτρέψει να μεγιστοποιήσουμε την απόδοση των πρώτων κβαντικών υπολογιστών», είπε ο Webber.

Σύμφωνα με τον Hensinger, «Αυτή η εργασία είναι еще ένα βήμα προς την κατασκευή πρακτικών κβαντικών υπολογιστών που μπορούν να λύσουν πραγματικά προβλήματα».