Физики разработали алгоритм для более эффективных квантовых вычислений

Квантовые вычисления являются одним из самых мощных инструментов, доступных обществу, с потенциалом решения многих чрезвычайно сложных проблем, которые классические компьютеры не могут решить. Однако, чтобы добиться наиболее мощных квантовых компьютеров, необходимо повысить эффективность.

Квантовые физики из Университета Сассекса решают эту проблему эффективности. Они создали новый алгоритм, который может увеличить скорость расчетов в квантовых компьютерах, которые в настоящее время разрабатываются. Алгоритм предоставляет новый способ маршрутизации ионов в квантовом компьютере, что увеличивает эффективность расчетов.

Алгоритм маршрутизации был описан в исследовательской статье под названием «Эффективная маршрутизация кубитов для глобально подключенного квантового компьютера на основе ловушек ионов», опубликованной в журнале Advanced Quantum Technologies.

Команду возглавлял профессор Винфрид Хенсингер, в которую также входили Марк Веббер, доктор Стивен Хаэрберт и доктор Себастьян Вайдт.

Хенсингер и Веббер недавно запустили свою собственную компанию, Universal Quantum. Она направлена на создание первого крупномасштабного квантового компьютера, и некоторые высокоуровневые технологические инвесторы выразили интерес.

Алгоритм маршрутизации

Алгоритм маршрутизации работает, регулируя трафик в квантовом компьютере, что позволяет кубитам физически перемещаться на большие расстояния. Это позволяет кубитам взаимодействовать друг с другом, и данные могут передаваться эффективно внутри квантового компьютера без каких-либо заторов.

Одним из фундаментальных аспектов квантовых компьютеров являются квантовые биты, или кубиты, которые используются для обработки информации. Команда сначала проанализировала квантовый компьютер на основе ловушек ионов, который состоит из кремниевых микрочипов с заряженными атомами. Эти заряженные атомы, или ионы, левитируют над поверхностью микрочипа, и они используются для хранения данных. Каждый ион может содержать один квантовый бит информации.

Чтобы выполнить расчеты на этом типе квантового компьютера, ионы необходимо перемещать. Сила квантового компьютера зависит от того, насколько быстро и эффективно это можно сделать.

Сверхпроводящие устройства против ловушек ионов

Существует два основных устройства, используемых в области квантовых вычислений: сверхпроводящие устройства и ловушки ионов.

Сверхпроводящие устройства используются некоторыми крупными компаниями, такими как IBM и Google (GOOGL ), в то время как ловушки ионов используются командой из Университета Сассекса и другими компаниями.

Сверхпроводящие квантовые компьютеры полагаются на стационарные кубиты, и большую часть времени они могут взаимодействовать только с кубитами, расположенными рядом. Чтобы выполнить расчеты между кубитами, которые не находятся рядом друг с другом, необходимо общаться через цепочку соседних кубитов.

По мере того, как информация передается от одного кубита к другому и так далее, она становится более искаженной, чем дольше цепочка. Из-за этого сверхпроводящие квантовые компьютеры рассматриваются командой как имеющие ограниченную вычислительную мощность.

Из-за этих ограничений команда решила разработать новый алгоритм маршрутизации для архитектуры ловушек ионов. Текущий метод измерения вычислительной мощности квантовых компьютеров ближайшего поколения – это «Квантовый объем», который команда смогла использовать для сравнения своей модели со сверхпроводящими моделями.

Команда обнаружила, что их модель на основе ловушек ионов была более последовательной и показала лучшие результаты, чем сверхпроводящая модель, и это было связано с тем, что их алгоритм позволял кубитам напрямую взаимодействовать с большим количеством кубитов. Этот метод приводит к более высокой ожидаемой вычислительной мощности.

«Мы теперь можем предсказать вычислительную мощность квантовых компьютеров, которые мы строим. Наше исследование показало фундаментальное преимущество ловушек ионов, и новый алгоритм маршрутизации позволит нам максимизировать производительность ранних квантовых компьютеров», – сказал Веббер.

По словам Хенсингера, «Действительно, эта работа является еще одним этапом на пути к созданию практических квантовых компьютеров, которые могут решать реальные проблемы».