วิธีการใหม่เพิ่มประสิทธิภาพของคอมพิวเตอร์ควอนตัมในขณะที่ลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

ทีมนักวิจัยจากสถาบันแห่งชาติของญี่ปุ่นสำหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร มหาวิทยาลัยเคโอ มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์แห่งโตเกียว และมหาวิทยาลัยโตเกียว ได้พัฒนาวิธีการที่จะค้นหาลำดับการดำเนินการควอนตัมที่เหมาะสมที่สุดสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมอย่างเป็นระบบ วิธีการใหม่นี้เป็นวิธีการแรกที่ประสบความสำเร็จ

การวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์ Physical Review A

พัฒนาวิธีการใหม่

คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถทำงานโดยอาศัยผู้เชี่ยวชาญในการเขียนลำดับการดำเนินการควอนตัม ซึ่งโดยปกติแล้วจะเกี่ยวข้องกับการเขียนโดยใช้วิธีการที่มีอยู่แล้ว ทีมนักวิจัยได้พัฒนาวิธีการที่เป็นระบบโดยใช้ทฤษฎีการควบคุมที่เหมาะสม (อัลกอริทึม GRAPE) เพื่อระบุลำดับการดำเนินการควอนตัมที่เหมาะสมที่สุดจากทั้งหมดที่สามารถทำได้

วิธีการใหม่นี้คาดว่าจะมีประโยชน์สำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดกลาง ในเวลาเดียวกัน ทีมนักวิจัยระบุว่าวิธีการนี้จะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของคอมพิวเตอร์ควอนตัมในขณะที่ลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในอนาคต

คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีศักยภาพในการแก้ปัญหาที่ซับซ้อน เช่น การลดภาระสิ่งแวดล้อมโดยการลดการบริโภคพลังงาน และการค้นพบสารเคมีใหม่สำหรับทางการแพทย์

ความท้าทายของคอมพิวเตอร์ควอนตัม

อย่างไรก็ตาม ความท้าทายหลักของคอมพิวเตอร์ควอนตัมคือสถานะควอนตัมมีความไวต่อเสียงรบกวน ซึ่งหมายความว่ามันยากที่จะรักษาสถานะที่เสถียรเป็นเวลานาน การดำเนินการควอนตัมต้องเสร็จสิ้นภายในเวลาที่สถานะควอนตัมที่สอดคล้องกันถูกบำรุงรักษา และสิ่งนี้ต้องการวิธีการที่จะระบุลำดับการดำเนินการควอนตัมที่เหมาะสมที่สุด

ลำดับการดำเนินการควอนตัมคือโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่เขียนด้วยภาษาที่อ่านได้โดยมนุษย์ และจะถูกแปลงให้สามารถประมวลผลโดยคอมพิวเตอร์ควอนตัม ลำดับการดำเนินการควอนตัมเกี่ยวข้องกับการดำเนินการ 1 ควอนตัมและการดำเนินการ 2 ควอนตัม แต่ลำดับที่ดีที่สุดมีการดำเนินการน้อยที่สุดในขณะที่แสดงประสิทธิภาพที่ดีที่สุด

วิธีการใหม่นี้วิเคราะห์ลำดับการดำเนินการควอนตัมที่เป็นไปได้ทั้งหมดโดยใช้อัลกอริทึม GRAPE ซึ่งเป็นอัลกอริทึมทฤษฎีการควบคุมที่เหมาะสม ทีมนักวิจัยสร้างตารางลำดับการดำเนินการควอนตัมและดัชนีการทำงานสำหรับแต่ละลำดับ ซึ่งสามารถมีตั้งแต่หลายพันถึงหลายล้าน ลำดับการดำเนินการควอนตัมที่เหมาะสมที่สุดสามารถระบุได้อย่างเป็นระบบโดยอาศัยข้อมูลที่สะสม

วิธีการของทีมนักวิจัยสามารถวิเคราะห์ลำดับการดำเนินการควอนตัมที่สมบูรณ์และประเมินวิธีการแบบดั้งเดิม ซึ่งช่วยให้สามารถจัดตั้งมาตรฐานสำหรับการวิจัยในอดีตและอนาคต

ทีมนักวิจัยยังพบว่ามีลำดับการดำเนินการควอนตัมที่เหมาะสมที่สุดหลายลำดับ ซึ่งหมายความว่าวิธีการแบบความน่าจะเป็นสามารถขยายความสามารถของวิธีการใหม่นี้ให้ครอบคลุมงานที่ใหญ่ขึ้นได้ โดยการรวมการเรียนรู้ของเครื่องเข้ากับวิธีการนี้ เพื่อเพิ่มพลังในการทำนายได้มากขึ้น