Quantum Computing
A fizikusok algoritmust dolgoznak ki a hatékonyabb kvantumszámítások elvégzésére
A kvantumszámítás a társadalom számára elérhető egyik leghatékonyabb eszköz, amely számos rendkívül összetett problémát megoldhat, amelyeket a klasszikus számítógépek nem tudnak kezelni. A legerősebb kvantumszámítógépek eléréséhez azonban a hatékonyságot növelni kell.
A Sussexi Egyetem kvantumfizikusai ezzel a hatékonysági problémával foglalkoznak. Létrehoztak egy új algoritmust, amely növelheti a számítási sebességet a jelenleg fejlesztés alatt álló kvantumszámítógépekben. Az algoritmus új módot biztosít az ionok kvantumszámítógép körüli irányítására, ami növeli a számítások hatékonyságát.
Az „útválasztó algoritmust” a „Hatékony Qubit-útválasztás egy globálisan összekapcsolt csapdás ionkvantumszámítógéphez”, amely a folyóiratban jelent meg Fejlett kvantumtechnológiák.
A csapatot Winfried Hensinger professzor vezette, és tagjai voltak Mark Webber, Dr. Steven Haerbert és Dr. Sebastian Weidt.
Hensinger és Webber nemrégiben elindította saját cégét, a Universal Quantumot. Célja az első nagyszabású kvantumszámítógép megépítése, és különböző magas szintű technológiai befektetők jelezték érdeklődésüket.
Útválasztási algoritmus
Az útválasztási algoritmus úgy működik, hogy szabályozza a forgalmat egy kvantumszámítógépben, lehetővé téve a quibitek fizikai szállítását nagy távolságokra. Ez lehetővé teszi, hogy a quibitek kölcsönhatásba léphessenek másokkal, és az adatok hatékonyan mozoghatnak a kvantumszámítógépen belül, elakadás nélkül.
A kvantumszámítógépek egyik alapeleme a kvantumbitek vagy quibitek, amelyeket információ feldolgozására használnak. A csapat először egy „csapdába esett” kvantumszámítógépet elemzett, amely töltött atomokat tartalmazó szilícium mikrochipekből áll. Ezek a töltött atomok vagy ionok a mikrochip felülete felett lebegnek, és adattárolásra szolgálnak. Minden ion egy kvantumbitnyi információt képes megtartani.
Ahhoz, hogy számításokat végezhessünk ilyen típusú kvantumszámítógépen, az ionokat mozgatni kell. A kvantumszámítógép teljesítménye attól függ, hogy ez milyen gyorsan és hatékonyan tud megtörténni.
Szupravezető vs csapdába esett ion
A kvantumszámítás területén két fő eszközt használnak: szupravezető eszközöket és csapdás ionos eszközöket.
A szupravezető eszközöket néhány nagy név, például az IBM és a Google használja, míg a csapdába esett ionos eszközöket a Sussexi Egyetem csapata és más cégek használják.
A szupravezető kvantumszámítógépek stacioner quibitekre támaszkodnak, és ezek legtöbbször csak az egymás mellett lévő quibitekkel tudnak kölcsönhatásba lépni. Ahhoz, hogy a számításokat olyan quibitek között végezzük, amelyek nincsenek közvetlenül egymás mellett, szükség van a kommunikációra a szomszédos quibitek láncán keresztül.
Ahogy az információ egyik qubitről a másikra mozog, és így tovább, annál korruptabbá válik, minél hosszabb a lánc. Emiatt a szupravezető kvantumszámítógépeket a csapat korlátozott számítási teljesítményűnek tekinti.
E korlátok miatt a csapat úgy döntött, hogy új útválasztó algoritmust dolgoz ki a csapdába esett ion architektúrához. A rövid távú kvantumszámítógépek számítási teljesítményének jelenlegi mérési módszere a „Quantum Volume”, amellyel a csapat össze tudta hasonlítani modelljét a szupravezetőkkel.
A csapat úgy találta, hogy a csapdába ejtett ion modelljük konzisztensebb és jobban teljesített, mint a szupravezető qubit modellje, és ez annak köszönhető, hogy az algoritmusuk lehetővé tette, hogy a quibitek közvetlenül kölcsönhatásba lépjenek több quibittel. Ez a módszer nagyobb várható számítási teljesítményt eredményez.
„Most már megjósolhatjuk az általunk épített kvantumszámítógépek számítási teljesítményét. Tanulmányunk alapvető előnyt mutatott a csapdába esett ionos eszközök számára, és az új útválasztási algoritmus lehetővé teszi a korai kvantumszámítógépek teljesítményének maximalizálását” – mondta Webber.
Hensinger szerint "ez a munka valóban egy újabb lépcsőfok a gyakorlati kvantumszámítógépek építése felé, amelyek képesek megoldani a való világ problémáit."
