Fysikere utvikler algoritme for mer effektive kvanteberegninger

Kvantecomputing er ett av de kraftigste verktøyene som er tilgjengelige for samfunnet, med potensialet til å løse mange av de ekstremt komplekse problemene som klassiske datamaskiner ikke kan håndtere. Imidlertid, for å oppnå de kraftigste kvantecomputere, må det være en økning i effektivitet.

Kvante-fysikere ved University of Sussex jobber med å løse dette effektivitetsproblemet. De har skapt en ny algoritme som kan øke hastigheten på beregningsraten i kvantecomputere som for tiden utvikles. Algoritmen gir en ny måte å rute ioner rundt i kvantecomputeren, noe som øker effektiviteten i beregningene.

‘Rutealgoritmen’ ble detaljert i forskningsrapporten med tittelen ”Effektiv qubit-ruting for en globalt tilkoblet ion-fanget kvantecomputer”, som ble publisert i tidsskriftet Advanced Quantum Technologies.

Teamet ble ledet av professor Winfried Hensinger og inkluderte Mark Webber, Dr. Steven Haerbert og Dr. Sebastian Weidt.

Hensinger og Webber har nylig lansert sitt eget selskap, Universal Quantum. Det har som mål å bygge den første store kvantecomputeren, og forskjellige høynivå-teknologi-investorer har uttrykt interesse.

Rutealgoritme

Rutealgoritmen fungerer ved å regulere trafikken i en kvantecomputer, og gjør det mulig for qubitene å bli fysisk transportert over lange avstander. Dette tillater qubitene å samhandle med andre, og dataene kan flyte effektivt innenfor kvantecomputeren uten noen blokkeringer.

En av de grunnleggende aspektene ved kvantecomputere er kvantebiter, eller qubitene, som brukes til å prosessere informasjon. Teamet analyserte først en ‘ion-fanget’ kvantecomputer, som består av silisium-mikrochipper med ladde atomer. Disse ladde atomene, eller ionene, svir over overflaten av mikrochippen, og de brukes til å lagre data. Hver ion kan holde én kvantebit informasjon.

For å utføre beregninger på denne typen kvantecomputer, må ionene flyttes rundt. Kvantecomputerns kraft avhenger av hvor raskt og effektivt dette kan skje.

Superledende vs Ion-fanget

Det finnes to hovedenheter som brukes innen kvantecomputing: superledende enheter og ion-fanget enheter.

Superledende enheter brukes av noen av de store selskapene som IBM og Google (GOOGL ), mens ion-fanget enhetene brukes av teamet ved University of Sussex og andre selskaper.

Superledende kvantecomputere avhenger av stasjonære qubitene, og de fleste ganger kan disse bare samhandle med qubitene som er rett ved siden av. For at beregninger skal kunne finne sted mellom qubitene som ikke er rett ved siden av hverandre, må det være kommunikasjon gjennom en kjede av nærliggende qubitene.

Ettersom informasjonen flytter seg fra én qubit til den neste og så videre, blir den mer korrupt jo lengre kjeden er. På grunn av dette, sees superledende kvantecomputere av teamet som having en begrenset beregningskraft.

På grunn av disse begrensningene, valgte teamet å utvikle en ny rutealgoritme for ion-fanget arkitektur. Den nåværende metoden for å måle beregningskraften til nærmeste kvantecomputere er ‘Kvant-volum’, som teamet kunne bruke til å sammenligne deres modell med de superledende.

Teamet fant ut at deres ion-fanget modell var mer konsistent og performerte bedre enn den superledende qubitten, og dette var på grunn av at deres algoritme tillot qubitene å samhandle direkte med flere qubitene. Denne metoden resulterer i en høyere forventet beregningskraft.

“Vi kan nå forutsi beregningskraften til de kvantecomputerne vi konstruerer. Vår studie indikerte en grunnleggende fordel for ion-fanget enheter, og den nye rutealgoritmen vil tillate oss å maksimere ytelsen til tidlige kvantecomputere,” sa Webber.

Ifølge Hensinger, “Dette arbeidet er enda et skrittstein mot å bygge praktiske kvantecomputere som kan løse virkelige verdensproblemer.”