Fysiker utvecklar algoritm för att göra kvantberäkningar mer effektiva

Kvantdatorer är ett av de kraftfullaste verktygen som finns tillgängliga för samhället, med potentialen att lösa många av de extremt komplexa problem som klassiska datorer inte kan hantera. Men för att uppnå de kraftfullaste kvantdatorerna måste effektiviteten ökas.

Kvantfysiker vid University of Sussex arbetar med att lösa effektivitetsproblemet. De har skapat en ny algoritm som kan öka hastigheten på beräkningshastigheten i de kvantdatorer som för närvarande utvecklas. Algoritmen tillhandahåller ett nytt sätt att dirigera jonerna runt kvantdatorn, vilket ökar effektiviteten i beräkningarna.

“Routingsalgoritmen” beskrevs i forskningsrapporten med titeln “Effektiv qubit-routning för en globalt ansluten jonfälla-kvantdator“, som publicerades i tidskriften Advanced Quantum Technologies.

Teamet leddes av professor Winfried Hensinger och inkluderade Mark Webber, Dr. Steven Haerbert och Dr. Sebastian Weidt.

Hensinger och Webber har nyligen lanserat sitt eget företag, Universal Quantum. Det syftar till att bygga den första storskaliga kvantdatorn, och flera högnivåtekniska investerare har uttryckt intresse.

Routingsalgoritm

Routingsalgoritmen fungerar genom att reglera trafiken i en kvantdator, vilket möjliggör att qubit kan fysiskt transporteras över långa avstånd. Detta tillåter qubit att interagera med andra, och data kan flyttas effektivt inom kvantdatorn utan några flaskhalsar.

En av de grundläggande aspekterna av kvantdatorer är kvantbitar, eller qubit, som används för att bearbeta information. Teamet analyserade först en “jonfälla”-kvantdator, som består av kisel-mikrochip med laddade atomer. Dessa laddade atomer, eller joner, svävar ovanför mikrochipens yta och används för att lagra data. Varje jon kan hålla en qubit informationsenhet.

För att utföra beräkningar på denna typ av kvantdator måste jonerna flyttas runt. Kväntdatorns kraft beror på hur snabbt och effektivt detta kan ske.

Superledande kontra jonfälla

Det finns två huvudsakliga enheter som används inom kvantberäkning: superledande enheter och jonfälla-enheter.

Superledande enheter används av vissa stora företag som IBM och Google (GOOGL ), medan jonfälla-enheterna används av teamet vid University of Sussex och andra företag.

Superledande kvantdatorer förlitar sig på stationära qubit, och de flesta gånger kan dessa endast interagera med qubit som är direkt bredvid varandra. För att beräkningar ska kunna utföras mellan qubit som inte är direkt bredvid varandra måste det finnas kommunikation genom en kedja av angränsande qubit.

När informationen flyttas från en qubit till nästa och så vidare, blir den mer korrupt ju längre kedjan är. På grund av detta anses superledande kvantdatorer av teamet ha en begränsad beräkningskraft.

På grund av dessa begränsningar valde teamet att utveckla en ny routingsalgoritm för jonfälla-arkitektur. Den aktuella metoden för att mäta den beräkningskraft som nära-framtida kvantdatorer har är “Kvantvolym”, som teamet kunde använda för att jämföra sin modell med de superledande.

Teamet fann att deras jonfälla-modell var mer konsekvent och presterade bättre än den superledande qubiten, och detta berodde på att deras algoritm tillät qubit att direkt interagera med fler qubit. Denna metod resulterar i en högre förväntad beräkningskraft.

“Vi kan nu förutsäga den beräkningskraft som de kvantdatorer vi konstruerar har. Vår studie visade en grundläggande fördel för jonfälla-enheter, och den nya routingsalgoritmen kommer att tillåta oss att maximera prestandan hos tidiga kvantdatorer”, sa Webber.

Enligt Hensinger: “Ja, detta arbete är ännu ett steg på vägen mot att bygga praktiska kvantdatorer som kan lösa verkliga världsproblem.”