Fyysikot kehittävät algoritmin tehokkaampiin kvanttilaskelmiin

Kvanttilaskenta on yksi voimakkaimmista työkaluista, joita yhteiskunnalla on käytettävissään, ja sillä on potentiaalia ratkaista monia erittäin monimutkaisia ongelmia, joita klassiset tietokoneet eivät pysty käsittelemään. Kuitenkin, jotta voidaan saavuttaa tehokkaimmat kvanttitietokoneet, on lisättävä tehokkuutta.

Sussexin yliopiston kvanttifyysikot ovat ratkaisseet tehokkuusongelman. He ovat luoneet uuden algoritmin, joka voi lisätä laskelmien nopeutta kvanttitietokoneissa, jotka kehitetään parhaillaan. Algoritmi tarjoaa uuden tavan reitittää ioneja kvanttitietokoneessa, mikä lisää laskelmien tehokkuutta.

”Reititysalgoritmi” on kuvattu tutkimusartikkelissa, joka on julkaistu Advanced Quantum Technologies -julkaisussa.

Tutkimusryhmää johti professori Winfried Hensinger, ja siihen kuului myös Mark Webber, Dr. Steven Haerbert ja Dr. Sebastian Weidt.

Hensinger ja Webber ovat perustaneet oman yhtiön, Universal Quantumin, joka pyrkii rakentamaan ensimmäisen suuren mittakaavan kvanttitietokoneen, ja useat korkean tason teknologia-investoijat ovat osoittaneet kiinnostusta.

Reititysalgoritmi

Reititysalgoritmi toimii säätelemällä liikennettä kvanttitietokoneessa, mahdollistaen kvanttipitoisuuksien fyysistä siirtämistä pitkiä matkoja. Tämä mahdollistaa kvanttipitoisuuksien vuorovaikutuksen toistensa kanssa, ja tiedon siirtämisen tehokkaasti kvanttitietokoneessa ilman tukkeutumista.

Yksi kvanttitietokoneen perusasioista on kvanttipitoisuudet, jotka ovat tietokoneen perusrakennusosia. Tutkimusryhmä analysoi ensin ”loukutetun ionin” kvanttitietokonetta, joka koostuu piimikrochipistä, jossa on varattuja atomeja. Nämä varatut atomit eli ionit leijuvat mikrochipin pinnan yläpuolella, ja ne käytetään tietojen tallentamiseen. Jokainen ionia voi pitää yhtä kvanttipitoisuutta.

Jotta voidaan suorittaa laskelmia tämänkaltaisella kvanttitietokoneella, ioneja on siirrettävä. Kvanttitietokoneen tehokkuus riippuu siitä, kuinka nopeasti ja tehokkaasti tämä voidaan tehdä.

Suprajohtavat vs loukutetut ionit

Kvanttilaskennan alalla on kaksi päälaitekategoria: suprajohtavat laitteet ja loukutetut ionilaitteet.

Suprajohtavat laitteet ovat joitakin suurten yritysten, kuten IBM:n ja Google (GOOGL ), käyttämiä, kun taas loukutetut ionilaitteet ovat Sussexin yliopiston tutkimusryhmän ja muiden yritysten käyttämiä.

Suprajohtavat kvanttitietokoneet perustuvat paikallisesti oleviin kvanttipitoisuuksiin, ja useimmiten ne voivat vuorovaikuttaa ainoastaan naapureidensa kanssa. Jotta laskelmat voivat tapahtua kvanttipitoisuuksien välillä, jotka eivät ole suoraan toistensa vieressä, on oltava viestintää naapureiden ketjun kautta.

Kun tieto siirtyy yhdestä kvanttipitoisuudesta toiseen, se korruptoituu mitä kauemmin ketju on. Tämän vuoksi suprajohtavat kvanttitietokoneet nähdään tutkimusryhmän mukaan rajoittuneina laskentateholtaan.

Tämän rajoituksen vuoksi tutkimusryhmä päätti kehittää uuden reititysalgoritmin loukutetun ionirakenteelle. Nykyinen menetelmä lähiaikaisen kvanttitietokoneen laskentatehon mittaamiseen on ”Kvanttivolyymi”, jonka avulla ryhmä pystyi vertaamaan malliaan suprajohtaviin malleihin.

Tutkimusryhmä totesi, että heidän loukutetun ionimallinsa oli johdonmukaisempi ja suorituskykyisempi kuin suprajohtavien kvanttipitoisuuksien malli, ja tämä johtui algoritmin sallimasta suoremman kvanttipitoisuuksien vuorovaikutuksesta. Tämä menetelmä johtaa suurempaan odotettuun laskentatehoon.

”Voimme nyt ennustaa kvanttitietokoneiden laskentatehoa, joita rakennamme. Tutkimuksemme osoitti perustavanlaatuisen edun loukutetuille ionilaitteille, ja uusi reititysalgoritmi mahdollistaa meidän hyödyntäämän varhaisen kvanttitietokoneen suorituskyvyn maksimoimiseksi,” Webber sanoi.

Hensingerin mukaan ”Tämä työ on yksi askel kohti käytännöllisten kvanttitietokoneiden rakentamista, jotka voivat ratkaista todellisen maailman ongelmia.”