Fizycy opracowali algorytm, aby uczynić obliczenia kwantowe bardziej wydajnymi

Komputery kwantowe są jednym z najpotężniejszych narzędzi dostępnych społeczeństwu, z potencjałem rozwiązania wielu skrajnie złożonych problemów, których nie mogą rozwiązać klasyczne komputery. Jednak aby osiągnąć najpotężniejsze komputery kwantowe, konieczne jest zwiększenie wydajności.

Fizycy kwantowi z Uniwersytetu w Sussex zajmują się tym problemem wydajności. Stworzyli nowy algorytm, który może zwiększyć szybkość tempa obliczeń w komputerach kwantowych, które są obecnie opracowywane. Algorytm zapewnia nowy sposób trasowania jonów w komputerze kwantowym, co zwiększa wydajność obliczeń. 

Algorytm „trasowania” został szczegółowo opisany w artykule badawczym zatytułowanym „Efektywne trasowanie qubitów dla globalnie połączonego komputera kwantowego z uwięzionymi jonami”, który został opublikowany w czasopiśmie Advanced Quantum Technologies.

Zespołem kierował profesor Winfried Hensinger, a w jego skład weszli Mark Webber, dr Steven Haerbert i dr Sebastian Weidt. 

Hensinger i Webber niedawno założyli własną firmę, Universal Quantum. Celem firmy jest zbudowanie pierwszego w pełni funkcjonalnego komputera kwantowego w dużym stopniu, a różni inwestorzy zainteresowali się tą firmą. 

Algorytm trasowania

Algorytm trasowania działa poprzez regulację ruchu w komputerze kwantowym, umożliwiając fizyczne transportowanie qubitów na duże odległości. Pozwala to na interakcję qubitów z innymi, a dane mogą być przenoszone w sposób wydajny w komputerze kwantowym bez żadnych zakłóceń. 

Jednym z podstawowych aspektów komputerów kwantowych są qubity, czyli qubity, które są wykorzystywane do przetwarzania informacji. Zespół najpierw przeanalizował komputer kwantowy „z uwięzionymi jonami”, który składa się z mikrochipów z krzemem z jonami naładowanymi. Te naładowane jony, czyli jony, unoszą się nad powierzchnią mikrochipu i są wykorzystywane do przechowywania danych. Każdy jon może przechowywać jeden qubit informacji.

Aby wykonać obliczenia na tym typie komputera kwantowego, jony muszą być poruszane. Moc komputera kwantowego zależy od tego, jak szybko i wydajnie można to zrobić.

Urządzenia nadprzewodzące vs urządzenia z uwięzionymi jonami

Istnieją dwa główne urządzenia wykorzystywane w dziedzinie komputerów kwantowych: urządzenia nadprzewodzące i urządzenia z uwięzionymi jonami. 

Urządzenia nadprzewodzące są wykorzystywane przez niektóre znane firmy, takie jak IBM i Google, podczas gdy urządzenia z uwięzionymi jonami są wykorzystywane przez zespół z Uniwersytetu w Sussex i inne firmy. 

Komputery kwantowe nadprzewodzące opierają się na stacjonarnych qubitach, a najczęściej mogą one współdziałać tylko z qubitami, które są bezpośrednio obok siebie. Aby mogły nastąpić obliczenia między qubitami, które nie są bezpośrednio obok siebie, konieczna jest komunikacja za pośrednictwem łańcucha sąsiadujących qubitów. 

Ponieważ informacje przemieszczają się z jednego qubitu do następnego, itd., stają się one bardziej skorumpowane, im dłuższy jest łańcuch. Z tego powodu komputery kwantowe nadprzewodzące są postrzegane przez zespół jako mające ograniczoną moc obliczeniową. 

Ze względu na te ograniczenia, zespół zdecydował się opracować nowy algorytm trasowania dla architektury z uwięzionymi jonami. Bieżąca metoda pomiaru mocy obliczeniowej komputerów kwantowych w krótkim czasie to „Objętość kwantowa”, którą zespół mógł wykorzystać do porównania swojego modelu z modelem nadprzewodzącym. 

Zespół stwierdził, że ich model z uwięzionymi jonami był bardziej spójny i działał lepiej niż model nadprzewodzący, a było to spowodowane tym, że ich algorytm pozwalał qubitom na bezpośrednią interakcję z większą liczbą qubitów. Ta metoda daje wyższą oczekiwaną moc obliczeniową. 

„Możemy teraz przewidzieć moc obliczeniową komputerów kwantowych, które budujemy. Nasze badanie wykazało fundamentalną przewagę urządzeń z uwięzionymi jonami, a nowy algorytm trasowania pozwoli nam na maksymalizację wydajności wczesnych komputerów kwantowych”, powiedział Webber. 

Według Hensinger, „Rzeczywiście, ta praca jest kolejnym kamieniem milowym na drodze do budowy praktycznych komputerów kwantowych, które mogą rozwiązywać rzeczywiste problemy świata.”