Fizikai sukuria algoritmą efektyvesniems kvantiniams skaičiavimams atlikti

Kvantinė kompiuterija yra viena iš galingiausių visuomenei prieinamų įrankių, galinčių išspręsti daugelį itin sudėtingų problemų, kurių negali išspręsti klasikiniai kompiuteriai. Tačiau norint sukurti galingiausius kvantinius kompiuterius, reikia padidinti efektyvumą.

Sasekso universiteto kvantiniai fizikai sprendžia šią efektyvumo problemą. Jie sukūrė naują algoritmą, kuris gali padidinti skaičiavimų greitį šiuo metu kuriamuose kvantiniuose kompiuteriuose. Algoritmas suteikia naują būdą nukreipti jonus aplink kvantinį kompiuterį, o tai padidina skaičiavimų efektyvumą. 

„Maršruto parinkimo algoritmas“ buvo išsamiai aprašytas moksliniame darbe „Veiksmingas „Qubit“ maršruto parinkimas visame pasaulyje sujungtam įstrigusiam jonų kvantiniam kompiuteriui“, kuris buvo paskelbtas žurnale Pažangios kvantinės technologijos.

Komandai vadovavo profesorius Winfriedas Hensingeris, ją sudarė Markas Webberis, daktaras Stevenas Haerbertas ir daktaras Sebastianas Weidtas. 

Hensingeris ir Webberis neseniai įkūrė savo įmonę „Universal Quantum“. Juo siekiama sukurti pirmąjį didelio masto kvantinį kompiuterį ir susidomėjimą išreiškė įvairūs aukšto lygio technologijų investuotojai. 

Maršrutizavimo algoritmas

Maršruto parinkimo algoritmas veikia reguliuodamas srautą kvantiniame kompiuteryje, todėl quibits galima fiziškai perkelti dideliais atstumais. Tai leidžia quibitams sąveikauti su kitais, o duomenys gali efektyviai judėti kvantiniame kompiuteryje be jokių trukdžių. 

Vienas iš pagrindinių kvantinių kompiuterių aspektų yra kvantiniai bitai arba quibits, kurie naudojami informacijai apdoroti. Pirmiausia komanda išanalizavo „įstrigusių jonų“ kvantinį kompiuterį, kurį sudaro silicio mikroschemos su įkrautais atomais. Šie įkrauti atomai arba jonai levituoja virš mikroschemos paviršiaus ir yra naudojami duomenims saugoti. Kiekvienas jonas gali laikyti vieną kvantinį informacijos bitą.

Norint atlikti skaičiavimus tokio tipo kvantiniame kompiuteryje, jonai turi būti judinami. Kvantinio kompiuterio galia priklauso nuo to, kaip greitai ir efektyviai tai gali įvykti.

Superlaidumas prieš įstrigusius jonus

Kvantinio skaičiavimo srityje naudojami du pagrindiniai įrenginiai: superlaidieji įtaisai ir įstrigusių jonų įrenginiai. 

Superlaidžius įrenginius naudoja kai kurios didelės įmonės, tokios kaip IBM ir Google, o įstrigusius jonų įrenginius naudoja Sasekso universiteto komanda ir kitos įmonės. 

Superlaidieji kvantiniai kompiuteriai remiasi stacionariais quibitais, ir dažniausiai jie gali sąveikauti tik su viena šalia kitos esančiais kvibitais. Kad skaičiavimai vyktų tarp quibitų, kurie nėra tiesiogiai vienas šalia kito, reikia palaikyti ryšį per gretimų kvitų grandinę. 

Kai informacija pereina iš vieno kubito į kitą ir pan., Kuo ilgesnė grandinė, ji tampa labiau sugadinta. Dėl šios priežasties komanda mano, kad superlaidūs kvantiniai kompiuteriai turi ribotą skaičiavimo galią. 

Dėl šių apribojimų komanda nusprendė sukurti naują maršruto algoritmą įstrigusių jonų architektūrai. Dabartinis trumpalaikių kvantinių kompiuterių skaičiavimo galios matavimo metodas yra „kvantinis tūris“, kurį komanda galėjo panaudoti palygindama savo modelį su superlaidžiais. 

Komanda nustatė, kad jų įstrigusių jonų modelis buvo nuoseklesnis ir veikė geriau nei superlaidaus kubito modelis, ir tai buvo dėl jų algoritmo, leidžiančio quibitams tiesiogiai sąveikauti su daugiau quibitų. Šis metodas lemia didesnę numatomą skaičiavimo galią. 

„Dabar galime numatyti mūsų kuriamų kvantinių kompiuterių skaičiavimo galią. Mūsų tyrimas parodė esminį įstrigusių jonų įrenginių pranašumą, o naujas maršruto parinkimo algoritmas leis mums maksimaliai padidinti ankstyvųjų kvantinių kompiuterių našumą“, – sakė Webberis. 

Pasak Hensingerio, „iš tikrųjų šis darbas yra dar vienas žingsnis kuriant praktinius kvantinius kompiuterius, galinčius išspręsti realias pasaulio problemas“.