Fizikçiler Daha Verimli Kuantum Hesaplamaları İçin Algoritma Geliştirdi

Kuantum hesaplama, topluma disponible en güçlü araçlardan biridir ve klasik bilgisayarların çözemediği çok karmaşık sorunların birçoğunu çözebilir. Ancak en güçlü kuantum bilgisayarları elde etmek için verimlilikte bir artışa ihtiyaç vardır.

Sussex Üniversitesi’ndeki kuantum fizikçileri bu verimlilik sorununu ele alıyor. Geliştirilmekte olan kuantum bilgisayarların hesaplanma hızını artıran yeni bir algoritma yarattılar. Algoritma, kuantum bilgisayarın etrafındaki iyonları yönlendirmek için yeni bir yol sağlar ve hesaplamaların verimliliğini artırır.

“Routing Algorithm” olarak adlandırılan algoritma, “Efficient Qubit Routing for a Globally Connected Trapped Ion Quantum Computer” başlıklı araştırma makalesinde ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Bu makale, Advanced Quantum Technologies dergisinde yayımlanmıştır.

Ekibe Profesör Winfried Hensinger liderlik etti ve Mark Webber, Dr. Steven Haerbert ve Dr. Sebastian Weidt de ekibin üyeleriydi.

Hensinger ve Webber, yakın zamanda Universal Quantum adlı kendi şirketlerini kurdular. Bu şirket, ilk büyük ölçekli kuantum bilgisayarını inşa etmeyi hedefliyor ve çeşitli yüksek düzey teknoloji yatırımcıları ilgi gösterdiler.

Routing Algoritması

Routing algoritması, kuantum bilgisayarın trafikğini düzenleyerek, kubitlerin fiziksel olarak uzun mesafelere taşınmasına olanak tanır. Bu, kubitlerin diğerleriyle etkileşime girmesine ve verilerin kuantum bilgisayarın içinde verimsiz bir şekilde hareket etmesine olanak tanır.

Kuantum bilgisayarların temel unsurlarından biri, bilgi işlemek için kullanılan kuantum bitler veya kubitlerdir. Ekibin ilk olarak analiz ettiği “tuzağa alınmış iyon” kuantum bilgisayarları, silikon mikroçiplerle yüklenmiş atomlardan oluşur. Bu yüklenmiş atomlar veya iyonlar, mikroçip yüzeyinin üzerinde asılı durur ve veri depolamak için kullanılır. Her iyon, bir kuantum biti bilgi depolayabilir.

Bu tür bir kuantum bilgisayarın hesaplamaları gerçekleştirmek için, iyonların hareket ettirilmesi gerekir. Kuantum bilgisayarın gücü, bu hareketin ne kadar hızlı ve verimli bir şekilde gerçekleşeceğine bağlıdır.

Superconducting vs Tuzağa Alınmış İyon

Kuantum hesaplama alanında kullanılan iki ana cihaz vardır: süper iletken cihazlar ve tuzağa alınmış iyon cihazları.

Süper iletken cihazlar, IBM ve Google (GOOGL ) gibi büyük şirketler tarafından kullanılırken, tuzağa alınmış iyon cihazları, Sussex Üniversitesi ekibi ve diğer şirketler tarafından kullanılır.

Süper iletken kuantum bilgisayarlar, sabit kubitlere dayanır ve genellikle yalnızca yan yana bulunan kubitlerle etkileşime girebilir. Yan yana olmayan kubitler arasındaki hesaplamalar için, bir dizi bitişik kubitle iletişim kurulması gerekir.

Bilgi, bir kubitten diğerine ve sonra diğerine aktarılırken, zincir ne kadar uzunsa, o kadar çok bozulur. Bu nedenle, süper iletken kuantum bilgisayarlar, ekibin görüşüne göre sınırlı hesaplama gücüne sahiptir.

Bu sınırlamalar nedeniyle, ekip tuzağa alınmış iyon mimarisi için yeni bir routing algoritması geliştirdi. Yakın vadeli kuantum bilgisayarların hesaplama gücünü ölçmek için kullanılan “Kuantum Hacmi” yöntemini kullanarak, modelini süper iletken modellerle karşılaştırdılar.

Ekibin tuzağa alınmış iyon modeli, süper iletken kubitle daha tutarlı ve daha iyi performans gösterdi ve bu, algoritmanın kubitlerin daha fazla kubitle doğrudan etkileşime girmesine izin vermesinden kaynaklanıyordu. Bu yöntem, daha yüksek beklenen hesaplama gücüne yol açar.

“Artık inşa ettiğimiz kuantum bilgisayarların hesaplama gücünü öngörebiliyoruz. Çalışmamız, tuzağa alınmış iyon cihazları için temel bir avantaj olduğunu ve yeni routing algoritmasının, erken kuantum bilgisayarlarının performansını en üst düzeye çıkarabileceğini gösterdi” dedi Webber.

Hensinger’e göre, “Gerçekten de bu çalışma, gerçek dünya sorunlarını çözebilen pratik kuantum bilgisayarlar inşa etme yolunda bir başka adım taşıdır.”