Yeni Yöntem Kuantum Bilgisayarların Performansını Artırırken Çevresel Etkiyi Azaltıyor

Ulusal Bilgi ve İletişim Teknolojileri Enstitüsü, Keio Üniversitesi, Tokyo Bilim Üniversitesi ve Tokyo Üniversitesi'nden bir araştırmacı ekibi, bir kuantum bilgisayar için en uygun kuantum işlem sırasını sistematik olarak bulmak için başarılı bir yöntem geliştirdi. Bu yeni yöntem başarıya ulaşan ilk yöntemdir. 

Araştırma bilimsel dergide yayımlandı Fiziksel İnceleme A. 

Yeni Yöntemi Geliştirmek

Kuantum bilgisayarları, geleneksel olarak bilgisayar operatörlerinin mevcut yöntemlere dayanarak kendi işlemlerini yazmalarını içeren bir dizi kuantum işlemi yazan uzmanlara güvenerek görevleri yerine getirir. Ekip, akla gelebilecek tüm kuantum operasyon dizileri arasından teorik olarak en uygun diziyi belirlemek için optimal kontrol teorisini (GRAPE algoritması) uygulayan sistematik bir yöntem geliştirdi. 

Yeni yöntemin orta ölçekli kuantum bilgisayarlar için faydalı olması bekleniyor. Aynı zamanda ekip, yakın gelecekte çevresel etkiyi azaltırken kuantum bilgisayarların performansını artırmaya yardımcı olması gerektiğini söylüyor. 

Kuantum bilgisayarlar, enerji tüketimini azaltarak çevresel yükü azaltmak ve tıp alanı için yeni kimyasal maddeler keşfetmek gibi çok çeşitli karmaşık sorunları çözme potansiyeline sahiptir. 

Kuantum Hesaplamanın Zorlukları

Bununla birlikte, kuantum hesaplamanın en büyük zorluklarından biri, kuantum durumunun gürültüye karşı oldukça hassas olmasıdır, bu da onu daha uzun süre sabit tutmanın zor olduğu anlamına gelir. İşlemler, tutarlı kuantum durumunun korunduğu süre içinde tamamlanmalıdır ve bu, optimal dizileri sistematik olarak tanımlamak için bir yöntem gerektirir. 

Kuantum işlem dizisi, insan tarafından okunabilir bir dilde yazılmış bir bilgisayar programıdır ve bir kuantum bilgisayar tarafından işlenmek üzere dönüştürülür. Kuantum operasyon sırası, 1-qubit operasyonları ve 2-qubit operasyonları içerir, ancak en iyi sekans, en iyi performansı gösterirken en az operasyona sahiptir. 

Yeni geliştirilen yöntem, sayısal bir optimal kontrol teorisi algoritması olan GRAPE algoritmasını kullanarak temel kuantum işlemlerinin olası tüm dizilerini analiz ediyor. Ekip, her biri için binlerce ila milyon arasında değişebilen bir kuantum işlem dizileri tablosu ve performans endeksi oluşturur. Optimum kuantum işlem dizisi daha sonra toplanan verilere göre sistematik olarak tanımlanabilir. 

Ekibin yöntemi ayrıca tüm kuantum işlem dizilerinin tam listesini analiz edebilir ve geleneksel yöntemleri değerlendirebilir, bu da geçmiş ve gelecekteki araştırmalar için ölçütler oluşturmasına yardımcı olur. 

Ekip ayrıca kuantum operasyonlarının birçok mükemmel optimal dizisinin bulunduğunu keşfetti; bu da olasılıksal bir yaklaşımın yeni yöntemin uygulanabilirliğini daha büyük görevlere genişletebileceği anlamına geliyor. Makine öğreniminin yöntemle entegre edilmesiyle tahmin gücü daha da artırılabilir.