นักฟิสิกส์สร้างอัลกอริทึมเพื่อคำนวณควอนตัมที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น

การคำนวณควอนตัมเป็นหนึ่งในเครื่องมือที่ทรงพลังที่สุดที่มีอยู่ในสังคม โดยมีศักยภาพในการแก้ปัญหาที่ซับซ้อนมากที่สุดซึ่งเครื่องคำนวณคลาสสิกไม่สามารถจัดการได้ อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ได้เครื่องคำนวณควอนตัมที่ทรงพลังที่สุด จำเป็นต้องมีการเพิ่มประสิทธิภาพ

นักฟิสิกส์ควอนตัมที่มหาวิทยาลัยซัสเซ็กซ์กำลังแก้ไขปัญหาด้านประสิทธิภาพนี้ พวกเขาได้สร้างอัลกอริทึมใหม่ที่สามารถเพิ่มความเร็วของอัตราการคำนวณในเครื่องคำนวณควอนตัมที่กำลังพัฒนา อัลกอริทึมนี้ให้วิธีการใหม่ในการกำหนดเส้นทางไอออนรอบเครื่องคำนวณควอนตัม ซึ่งเพิ่มประสิทธิภาพของการคำนวณ

อัลกอริทึม ‘การกำหนดเส้นทาง’ ได้รับการอธิบายไว้ในงานวิจัยที่มีชื่อเรื่องว่า การกำหนดเส้นทางไอออนสำหรับเครื่องคำนวณควอนตัมที่เชื่อมต่อทั่วโลก ซึ่งได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Advanced Quantum Technologies

ทีมงานนี้นำโดยศาสตราจารย์ Winfried Hensinger และรวมถึง Mark Webber, Dr. Steven Haerbert และ Dr. Sebastian Weidt

Hensinger และ Webber ได้สร้างบริษัทของตนเองชื่อ Universal Quantum โดยมีเป้าหมายในการสร้างเครื่องคำนวณควอนตัมขนาดใหญ่ และ นักลงทุนด้านเทคโนโลยีชั้นสูงหลายรายได้แสดงความสนใจ

อัลกอริทึมการกำหนดเส้นทาง

อัลกอริทึมการกำหนดเส้นทางทำงานโดยการควบคุมการจราจรในเครื่องคำนวณควอนตัม ทำให้ไอออนสามารถถูกขนส่งไปตามระยะทางที่ไกลได้ ซึ่งช่วยให้ไอออนสามารถโต้ตอบกับไอออนอื่น ๆ และข้อมูลสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างมีประสิทธิภาพภายในเครื่องคำนวณควอนตัมโดยไม่มีการขัดข้อง

หนึ่งในแนวคิดพื้นฐานของเครื่องคำนวณควอนตัมคือไบต์ควอนตัมหรือไอออน ซึ่งใช้ในการประมวลผลข้อมูล ทีมงานได้วิเคราะห์เครื่องคำนวณควอนตัม ‘ไอออนถูกจับ’ ซึ่งประกอบด้วยไมโครชิปซิลิกอนที่มีไอออนชาร์จเหล่านี้ลอยเหนือพื้นผิวของไมโครชิป และใช้ในการจัดเก็บข้อมูล ไอออนแต่ละตัวสามารถจัดเก็บไบต์ควอนตัมหนึ่งไบต์ได้

เพื่อทำการคำนวณในเครื่องคำนวณควอนตัมประเภทนี้ ไอออนจำเป็นต้องถูกย้ายไปรอบ ๆ ความเร็วและประสิทธิภาพของเครื่องคำนวณควอนตัมขึ้นอยู่กับว่าสามารถทำได้อย่างรวดเร็วและประสิทธิภาพมากเพียงใด

ซูเปอร์คอนดักเตอร์เทียบกับไอออนถูกจับ

มีอุปกรณ์สองประเภทที่ใช้ในด้านการคำนวณควอนตัม คือ อุปกรณ์ซูเปอร์คอนดักเตอร์และอุปกรณ์ไอออนถูกจับ

อุปกรณ์ซูเปอร์คอนดักเตอร์ถูกใช้โดยบริษัทชั้นนำบางแห่ง เช่น IBM และ Google (GOOGL ) ในขณะที่อุปกรณ์ไอออนถูกจับถูกใช้โดยทีมงานที่มหาวิทยาลัยซัสเซ็กซ์และบริษัทอื่น ๆ

เครื่องคำนวณควอนตัมซูเปอร์คอนดักเตอร์ขึ้นอยู่กับไบต์ควอนตัมที่อยู่กับที่ และส่วนใหญ่ของเวลาเหล่านี้สามารถโต้ตอบกับไบต์ควอนตัมที่อยู่ข้าง ๆ กันเท่านั้น เพื่อให้การคำนวณเกิดขึ้นระหว่างไบต์ควอนตัมที่ไม่ได้อยู่ข้าง ๆ กัน จำเป็นต้องมีการสื่อสารผ่านช่องทางของไบต์ควอนตัมที่อยู่ติดกัน

เมื่อข้อมูลเคลื่อนที่จากไบต์ควอนตัมหนึ่งไปยังอีกไบต์ควอนตัมหนึ่งและอื่น ๆ ข้อมูลจะถูกบิดเบือนมากขึ้นเมื่อช่องทางยาวขึ้น เนื่องจากสิ่งนี้ เครื่องคำนวณควอนตัมซูเปอร์คอนดักเตอร์จึงถูกมองว่ามีพลังการคำนวณที่จำกัด

เนื่องจากข้อจำกัดเหล่านี้ ทีมงานจึงเลือกที่จะพัฒนาอัลกอริทึมการกำหนดเส้นทางใหม่สำหรับสถาปัตยกรรมไอออนถูกจับ วิธีการที่ใช้ในปัจจุบันในการวัดพลังการคำนวณของเครื่องคำนวณควอนตัมในระยะใกล้คือ ‘ปริมาณควอนตัม’ ซึ่งทีมงานสามารถใช้เพื่อเปรียบเทียบแบบจำลองของตนเองกับแบบจำลองซูเปอร์คอนดักเตอร์

ทีมงานพบว่าแบบจำลองไอออนถูกจับของพวกเขาแสดงผลที่สม่ำเสมอและดีกว่าแบบจำลองไบต์ควอนตัมซูเปอร์คอนดักเตอร์ และสิ่งนี้เกิดจากอัลกอริทึมของพวกเขาในการอนุญาตให้ไบต์ควอนตัมโต้ตอบกับไบต์ควอนตัมอื่น ๆ ได้โดยตรง ซึ่งนำไปสู่พลังการคำนวณที่คาดหวังที่สูงขึ้น

“เราสามารถคาดการณ์พลังการคำนวณของเครื่องคำนวณควอนตัมที่เรากำลังสร้างได้แล้ว การศึกษาของเราแสดงให้เห็นว่ามีข้อได้เปรียบพื้นฐานสำหรับอุปกรณ์ไอออนถูกจับ และอัลกอริทึมการกำหนดเส้นทางใหม่นี้จะช่วยให้เราสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องคำนวณควอนตัมในระยะแรกได้” Webber กล่าว

ตาม Hensinger “แท้จริงแล้ว งานนี้เป็นอีก一步หนึ่งในการสร้างเครื่องคำนวณควอนตัมที่ใช้งานได้จริงที่สามารถแก้ปัญหาโลกแห่งความเป็นจริง”