Новый метод улучшает производительность квантовых компьютеров, снижая воздействие на окружающую среду

Команда исследователей из Национального института информационных и коммуникационных технологий, Университета Кэйо, Токийского университета науки и Университета Токио, успешно разработала метод систематического поиска оптимальной последовательности квантовых операций для квантового компьютера. Этот новый метод является первым, кто добился успеха.

Исследование было опубликовано в научном журнале Physical Review A.

Разработка нового метода

Квантовые компьютеры выполняют задачи, полагаясь на экспертов, которые пишут последовательность квантовых операций, что традиционно включало написание операторами компьютеров на основе существующих методов. Команда разработала систематический метод, который применяет теорию оптимального управления (алгоритм GRAPE) для определения теоретически оптимальной последовательности среди всех мыслимых последовательностей квантовых операций.

Новый метод, как ожидается, будет полезен для квантовых компьютеров среднего масштаба. В то же время команда говорит, что он должен помочь улучшить производительность квантовых компьютеров, а также снизить воздействие на окружающую среду в ближайшем будущем.

Квантовые компьютеры имеют потенциал решить широкий спектр сложных проблем, таких как снижение экологической нагрузки за счет снижения потребления энергии, и открытие новых химических веществ для медицины.

Проблемы квантовых вычислений

Однако одной из основных проблем квантовых вычислений является то, что квантовое состояние очень чувствительно к шуму, что означает, что его трудно сохранить стабильным в течение более длительного периода времени. Операции должны быть выполнены в течение времени, пока сохраняется когерентное квантовое состояние, и для этого требуется метод систематического определения оптимальных последовательностей.

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

Новым разработанным методом анализируются все возможные последовательности элементарных квантовых операций с помощью алгоритма GRAPE, который является численным алгоритмом оптимального управления. Команда создает таблицу последовательностей квантовых операций и показателя производительности для каждой, который может варьироваться от тысяч до миллионов. Оптимальная последовательность квантовых операций может быть систематически определена на основе накопленных данных.

Метод команды также может проанализировать полный список всех последовательностей квантовых операций и оценить традиционные методы, что позволяет ему помочь установить эталонные показатели для прошлых и будущих исследований.

Команда также обнаружила, что существует много отличных оптимальных последовательностей квантовых операций, что означает, что вероятностный подход может расширить применимость нового метода к более крупным задачам. Интегрируя метод с машинным обучением, можно еще больше повысить прогностическую силу.