환경 영향을 줄이면서 양자 컴퓨터의 성능을 향상시키는 새로운 방법

국립정보통신기술연구소(National Institute of Information and Communication Technology), 게이오 대학(Keio University), 도쿄 과학 대학(Tokyo University of Science) 및 도쿄 대학(University of Tokyo)의 연구팀이 양자 컴퓨터를 위한 최적의 양자 연산 시퀀스를 체계적으로 찾는 방법을 성공적으로 개발했습니다. 이 새로운 방법은 가장 먼저 성공을 거두었습니다. 

이 연구는 과학 저널에 게재되었습니다. 물리적 검토 A. 

새로운 방법 개발

양자 컴퓨터는 전문가가 일련의 양자 연산을 작성하는 방식으로 작업을 수행합니다. 기존에는 컴퓨터 운영자가 기존 방법을 기반으로 직접 작성해 왔습니다. 연구팀은 가능한 모든 양자 연산 시퀀스 중에서 이론적으로 최적의 시퀀스를 식별하기 위해 최적 제어 이론(GRAPE 알고리즘)을 적용한 체계적인 방법을 개발했습니다. 

새로운 방법은 중간 규모의 양자 컴퓨터에 유용할 것으로 예상됩니다. 동시에 팀은 양자 컴퓨터의 성능을 향상시키는 동시에 가까운 미래에 환경에 미치는 영향을 줄이는 데 도움이 될 것이라고 말합니다. 

양자 컴퓨터는 에너지 소비를 줄여 환경 부담을 줄이고 의료 분야의 새로운 화학 물질을 발견하는 등 광범위하고 복잡한 문제를 해결할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 

양자 컴퓨팅의 과제

그러나 양자 컴퓨팅의 주요 과제 중 하나는 양자 상태가 노이즈에 매우 민감하여 장기간 안정적으로 유지하기 어렵다는 것입니다. 일관된 양자 상태가 유지되는 시간 내에 연산이 완료되어야 하며 이를 위해서는 최적의 시퀀스를 체계적으로 식별하는 방법이 필요하다. 

양자 연산 시퀀스는 사람이 읽을 수 있는 언어로 작성된 컴퓨터 프로그램으로, 양자 컴퓨터에서 처리할 수 있도록 변환됩니다. 양자 연산 시퀀스는 1큐비트 연산과 2큐비트 연산을 포함하지만 가장 좋은 시퀀스는 연산이 가장 적으면서도 최고의 성능을 발휘한다. 

새로 개발된 방법은 수치 최적 제어 이론 알고리즘인 GRAPE 알고리즘을 사용하여 기본 양자 연산의 가능한 모든 시퀀스를 분석합니다. 팀은 양자 작업 시퀀스 테이블과 각각에 대한 성능 인덱스를 생성하며, 범위는 수천에서 수백만에 이릅니다. 그런 다음 축적된 데이터를 기반으로 최적의 양자 연산 시퀀스를 체계적으로 식별할 수 있습니다. 

팀의 방법은 또한 모든 양자 작동 시퀀스의 전체 목록을 분석하고 기존 방법을 평가할 수 있으므로 과거 및 미래 연구에 대한 벤치마크를 설정하는 데 도움이 됩니다. 

또한 팀은 양자 연산의 우수한 최적 시퀀스가 ​​많이 있음을 발견했습니다. 이는 확률적 접근 방식이 새로운 방법의 적용 가능성을 더 큰 작업으로 확장할 수 있음을 의미합니다. 기계 학습을 방법과 통합하면 예측력이 더욱 향상될 수 있습니다.