Новый метод повышает производительность квантовых компьютеров и снижает воздействие на окружающую среду

Группа исследователей из Национального института информационных и коммуникационных технологий, Университета Кейо, Токийского научного университета и Токийского университета успешно разработала метод систематического поиска оптимальной последовательности квантовых операций для квантового компьютера. Этот новый метод первым достиг успеха. 

Исследование опубликовано в научном журнале Физический обзор А. 

Разработка нового метода

Квантовые компьютеры выполняют задачи, полагаясь на то, что эксперты пишут последовательность квантовых операций, для чего традиционно операторы компьютеров пишут свои собственные операции на основе существующих методов. Команда разработала систематический метод, который применял теорию оптимального управления (алгоритм GRAPE) для определения теоретически оптимальной последовательности среди всех мыслимых последовательностей квантовых операций. 

Ожидается, что новый метод будет полезен для квантовых компьютеров среднего масштаба. В то же время команда говорит, что это должно помочь повысить производительность квантовых компьютеров, а также снизить воздействие на окружающую среду в ближайшем будущем. 

Квантовые компьютеры обладают потенциалом для решения широкого круга сложных проблем, таких как снижение нагрузки на окружающую среду за счет снижения энергопотребления и открытие новых химических веществ для медицины. 

Проблемы квантовых вычислений

Однако одна из основных проблем квантовых вычислений заключается в том, что квантовое состояние очень чувствительно к шуму, а это означает, что его трудно поддерживать стабильным в течение более длительного периода времени. Операции должны быть завершены в течение времени, в течение которого поддерживается когерентное квантовое состояние, и для этого требуется метод систематического определения оптимальных последовательностей. 

Последовательность квантовых операций — это компьютерная программа, написанная на понятном человеку языке, которая преобразуется для обработки квантовым компьютером. Последовательность квантовых операций включает операции с 1 кубитом и операции с 2 кубитами, но лучшая последовательность имеет наименьшее количество операций, демонстрируя при этом наилучшую производительность. 

Недавно разработанный метод анализирует все возможные последовательности элементарных квантовых операций с помощью алгоритма GRAPE, который является численным алгоритмом теории оптимального управления. Команда создает таблицу последовательностей квантовых операций и индекс производительности для каждой, который может варьироваться от тысяч до миллионов. Затем оптимальная последовательность квантовых операций может быть систематически определена на основе накопленных данных. 

Метод команды также может анализировать полный список всех последовательностей квантовых операций и оценивать обычные методы, что позволяет установить ориентиры для прошлых и будущих исследований. 

Команда также обнаружила, что существует множество отличных оптимальных последовательностей квантовых операций, а это означает, что вероятностный подход может расширить применимость нового метода для более крупных задач. Интегрируя машинное обучение с этим методом, можно еще больше повысить прогнозирующую способность.