Uusi Menetelmä Parantaa Kvanttitietokoneiden Suorituskykyä Vähentäen Ympäristövaikutuksia

Tutkijaryhmä Japanin tietoliikenne- ja viestintäteknologian kansallisesta instituutista, Keio-yliopistosta, Tokion tieteellisestä yliopistosta ja Tokion yliopistosta on onnistuneesti kehittänyt menetelmän kvanttitietokoneen optimaalisen kvantto-operaatioiden järjestyksen systemaattiseen löytämiseen. Tämä uusi menetelmä on ensimmäinen, joka on saavuttanut menestystä.

Tutkimus on julkaistu tieteellisessä aikakauslehdessä Physical Review A.

Uuden Menetelmän Kehittäminen

Kvanttitietokoneet suorittavat tehtäviä luottamalla asiantuntijoihin, jotka kirjoittavat kvantto-operaatioiden järjestyksen, joka perinteisesti on vaatinut tietokoneoperaattoreiden kirjoittaa omat menetelmänsä olemassa olevien menetelmien perusteella. Tutkijaryhmä kehitti systemaattisen menetelmän, joka soveltaa optimaalista ohjausteoriaa (GRAPE-algoritmi) tunnistamaan teoreettisesti optimaalisen järjestyksen kaikkien kuviteltavissa olevien kvantto-operaatioiden järjestyksistä.

Uusi menetelmä odotetaan olevan hyödyllinen keskisuuriin kvanttitietokoneisiin. Samalla tutkijaryhmä sanoo, että se pitäisi parantaa kvanttitietokoneiden suorituskykyä ja vähentää ympäristövaikutuksia lähitulevaisuudessa.

Kvanttitietokoneet ovat kykeneviä ratkaisemaan laajan valikoiman monimutkaisia ongelmia, kuten vähentämällä ympäristökuormaa vähentämällä energiankulutusta ja löytämällä uusia kemikaaleja lääketieteelliselle alalle.

Kvanttilaskennan Haasteet

Kvanttilaskennan yksi suurimmista haasteista on, että kvanttitiili on erittäin herkkä melulle, mikä tarkoittaa, että se on vaikea pitää stabiilina pidempään aikaan. Operaatiot on suoritettava sen aikana, kun koherentti kvanttitiili säilyy, ja tämä vaatii menetelmän systemaattiseen optimaalisten järjestyksen tunnistamiseen.

Kvantto-operaatioiden järjestys on tietokoneohjelma, joka on kirjoitettu ihmisten luettavassa kielellä, ja se muunnetaan kvanttitietokoneen prosessointia varten. Kvantto-operaatioiden järjestys käsittää 1-kubittia operaatioita ja 2-kubittia operaatioita, mutta paras järjestys on vähiten operaatioita ja osoittaa parhaimman suorituskyvyn.

Uudella menetelmällä analyysi kaikista mahdollisista perustavien kvantto-operaatioiden järjestyksistä tehdään käyttäen GRAPE-algoritmiä, joka on numeerinen optimaalinen ohjausteorian algoritmi. Tutkijaryhmä luo taulukon kvantto-operaatioiden järjestyksistä ja suorituskyky-indeksistä kullekin, joka voi vaihdella tuhansista miljooniin. Optimaalinen kvantto-operaatioiden järjestys voidaan systemaattisesti tunnistaa kertyneen datan perusteella.

Tutkijaryhmän menetelmä voi myös analysoida kaiken kvantto-operaatioiden järjestyksen ja arvioida perinteisiä menetelmiä, mikä mahdollistaa sen avulla perustaa vertailukohtia aiemmalle ja tulevalle tutkimukselle.

Tutkijaryhmä löysi myös, että on monia erinomaisia optimaalisia kvantto-operaatioiden järjestyksiä, mikä tarkoittaa, että todennäköisyyden lähestymistapa voisi laajentaa uuden menetelmän soveltamista suurempiin tehtäviin. Koneoppimisen integroiminen menetelmään voi parantaa ennustusvoimaa entisestään.