Metoda Nouă Îmbunătățește Performanța Calculatoarelor Cuantice și Reducă Impactul Asupra Mediului

O echipă de cercetători de la Institutul Național de Informatică și Comunicații, Universitatea Keio, Universitatea Științifică din Tokyo și Universitatea din Tokyo, a dezvoltat cu succes o metodă pentru găsirea sistematică a secvenței optime de operații cuantice pentru un calculator cuantic. Această nouă metodă este prima care a obținut succes.

Cercetarea a fost publicată în revista științifică Physical Review A.

Dezvoltarea Noii Metode

Calculatoarele cuantice efectuează sarcini prin intermediul experților care scriu o secvență de operații cuantice, ceea ce tradițional a implicat operatori de calculator care scriu propriile secvențe pe baza metodelor existente. Echipa a dezvoltat o metodă sistematică care a aplicat teoria controlului optim (algoritmul GRAPE) pentru a identifica secvența teoretic optimă din toate secvențele de operații cuantice concepute.

Noua metodă se așteaptă să fie utilă pentru calculatoarele cuantice de scară medie. În același timp, echipa spune că ar trebui să ajute la îmbunătățirea performanței calculatoarelor cuantice, precum și la reducerea impactului asupra mediului în viitorul apropiat.

Calculatoarele cuantice au potențialul de a rezolva o gamă largă de probleme complexe, cum ar fi reducerea sarcinii asupra mediului prin reducerea consumului de energie și descoperirea de noi substanțe chimice pentru domeniul medical.

Provocările Calculului Cuantic

Cu toate acestea, una dintre principalele provocări ale calculului cuantic este faptul că starea cuantică este foarte sensibilă la zgomot, ceea ce înseamnă că este dificil să o mențină stabilă pentru o perioadă mai lungă de timp. Operațiunile trebuie să fie finalizate în timpul în care starea cuantică coerentă este menținută, și acest lucru necesită o metodă pentru identificarea sistematică a secvențelor optime.

O secvență de operații cuantice este un program de calculator scris într-un limbaj lizibil de către oameni și este convertit pentru a fi procesat de un calculator cuantic. Secvența de operații cuantice implică operații cu 1 cuant și 2 cuant, dar cea mai bună secvență are cele mai puține operații, demonstrând cea mai bună performanță.

Metoda nou dezvoltată analizează toate secvențele posibile de operații cuantice elementare prin utilizarea algoritmului GRAPE, care este un algoritm de teorie a controlului optim numeric. Echipa creează o tabelă de secvențe de operații cuantice și indicele de performanță pentru fiecare, care poate varia de la mii la milioane. Secvența optimă de operații cuantice poate fi identificată sistematic pe baza datelor acumulate.

Metoda echipei poate analiza, de asemenea, lista completă a tuturor secvențelor de operații cuantice și poate evalua metodele convenționale, ceea ce îi permite să ajute la stabilirea unor repere pentru cercetările trecute și viitoare.

Echipa a descoperit, de asemenea, că există multe secvențe optime excelente de operații cuantice, ceea ce înseamnă că o abordare probabilistică ar putea extinde aplicabilitatea noii metode la sarcini mai mari. Prin integrarea învățării automate cu metoda, puterea de predicție poate fi îmbunătățită și mai mult.