Fizicienii dezvoltă un algoritm pentru a face calcule cuantice mai eficiente

Calculul cuantic este unul dintre cele mai puternice instrumente disponibile societății, cu potențialul de a rezolva multe dintre problemele extrem de complexe pe care calculatoarele clasice nu le pot gestiona. Cu toate acestea, pentru a obține calculatoare cuantice foarte puternice, trebuie să existe o creștere a eficienței.

Fizicienii cuantici de la Universitatea din Sussex abordează această problemă de eficiență. Ei au creat un nou algoritm care poate crește viteza ratei de calcul în calculatoarele cuantice aflate în curs de dezvoltare. Algoritmul oferă o nouă modalitate de a direcționa ioni în jurul calculatorului cuantic, ceea ce crește eficiența calculelor.

Algoritmul de „rutare” a fost detaliat în lucrarea de cercetare intitulată „Rutare eficientă de cuibiți pentru un calculator cuantic cu ioni capturați conectat global”, care a fost publicată în revista Tehnologii cuantice avansate.

Echipa a fost condusă de profesorul Winfried Hensinger și a inclus Mark Webber, dr. Steven Haerbert și dr. Sebastian Weidt.

Hensinger și Webber au lansat recent propria lor companie, Universal Quantum. Aceasta are ca scop construirea primului calculator cuantic la scară largă, iar diverși investitori tehnici de nivel înalt au exprimat interes.

Algoritm de rutare

Algoritmul de rutare funcționează prin reglarea traficului într-un calculator cuantic, permițând cuibiților să fie transportați fizic pe distanțe lungi. Acest lucru permite cuibiților să interacționeze cu alții, iar datele pot fi mutate eficient în interiorul calculatorului cuantic fără blocaje.

Una dintre aspectele fundamentale ale calculatoarelor cuantice este reprezentată de cuibiți, care sunt folosiți pentru a procesa informații. Echipa a analizat inițial un calculator cuantic cu ioni capturați, care constă în microcipuri de siliciu cu atomi încărcați. Acești atomi încărcați, sau ioni, plutesc deasupra suprafeței microcipului și sunt folosiți pentru a stoca date. Fiecare ion poate stoca un cuibit de informație.

Pentru a efectua calcule pe acest tip de calculator cuantic, ioni trebuie să fie mutați. Puterea calculatorului cuantic depinde de viteza și eficiența cu care se poate face acest lucru.

Dispozitive superconductoare vs ioni capturați

Există două dispozitive principale utilizate în domeniul calculului cuantic: dispozitive superconductoare și dispozitive cu ioni capturați.

Dispozitivele superconductoare sunt utilizate de unele dintre marile companii, cum ar fi IBM și Google (GOOGL ), în timp ce dispozitivele cu ioni capturați sunt utilizate de echipa de la Universitatea din Sussex și de alte companii.

Calculatoarele cuantice superconductoare se bazează pe cuibiți staționari, iar de cele mai multe ori aceștia pot interacționa doar cu cuibiții care se află imediat lângă ei. Pentru a permite calcule între cuibiți care nu sunt direct lângă ei, trebuie să existe o comunicare prin lanțul de cuibiți adiacenți.

Pe măsură ce informația se deplasează de la un cuibit la altul și așa mai departe, devine mai coruptă pe măsură ce lanțul este mai lung. Din cauza acestui lucru, calculatoarele cuantice superconductoare sunt considerate de echipă ca având o putere de calcul limitată.

Din cauza acestor limitări, echipa a ales să dezvolte un nou algoritm de rutare pentru arhitectura cu ioni capturați. Metoda curentă pentru măsurarea puterii de calcul a calculatoarelor cuantice de scurtă durată este „Volumul cuantic”, pe care echipa a putut să o folosească pentru a compara modelul lor cu cele superconductoare.

Echipa a constatat că modelul lor cu ioni capturați a fost mai consistent și a performant mai bine decât cel al cuibiților superconductoari, și acest lucru a fost datorită faptului că algoritmul lor a permis cuibiților să interacționeze direct cu mai mulți cuibiți. Această metodă conduce la o putere de calcul mai mare.

„Acum putem prezice puterea de calcul a calculatoarelor cuantice pe care le construim. Studiul nostru a indicat un avantaj fundamental pentru dispozitivele cu ioni capturați, iar noul algoritm de rutare ne va permite să maximizăm performanța calculatoarelor cuantice timpurii,” a spus Webber.

Conform lui Hensinger, „Într-adevăr, această lucrare reprezintă încă o piatră de temelie pentru construirea de calculatoare cuantice practice care pot rezolva probleme din lumea reală.”