Фізики розробили алгоритм для більш ефективних квантових обчислень

Квантові обчислення – одне з найпотужніших інструментів, доступних суспільству, з потенціалом розв’язання багатьох надзвичайно складних проблем, які класичні комп’ютери не можуть обробити. Однак, щоб досягти найпотужніших квантових комп’ютерів, потрібно підвищити ефективність.

Квантові фізики з Університету Сассекса займаються проблемою ефективності. Вони створили новий алгоритм, який може збільшити швидкість розрахунку в квантових комп’ютерах, що зараз розробляються. Алгоритм забезпечує новий спосіб маршрутизації іонів у квантовому комп’ютері, що збільшує ефективність розрахунків.

«Алгоритм маршрутизації» був описаний у дослідницькій роботі під назвою «Ефективна маршрутизація кубітів для глобально зв’язаного квантового комп’ютера з уловленими іонами», яка була опублікована в журналі Advanced Quantum Technologies.

Команду очолював професор Вінфрід Генсінгер, до складу якої входили Марк Веббер, доктор Стівен Херберт і доктор Себастьян Вайдт.

Генсінгер і Веббер недавно заснували свою власну компанію, Universal Quantum. Метою компанії є будівництво першого великомасштабного квантового комп’ютера, і різні високорівневі технологічні інвестори висловили інтерес.

Алгоритм маршрутизації

Алгоритм маршрутизації працює шляхом регулювання руху в квантовому комп’ютері, що робить можливим фізичне транспортування кубітів на великі відстані. Це дозволяє кубітам взаємодіяти один з одним, а дані можуть рухатися ефективно всередині квантового комп’ютера без заторів.

Одним із фундаментальних аспектів квантових комп’ютерів є квантові біти, або кубіти, які використовуються для обробки інформації. Команда спочатку проаналізувала «квантовий комп’ютер з уловленими іонами», який складається з кремнієвих мікрочипів з зарядженими атомами. Ці заряджені атоми, або іони, левітують над поверхнею мікрочипа, і вони використовуються для зберігання даних. Кожен іон може зберігати один квантовий біт інформації.

Для виконання розрахунків на цьому типу квантового комп’ютера іони потрібно переміщувати. Потужність квантового комп’ютера залежить від того, наскільки швидко і ефективно це можна зробити.

Суперпровідні пристрої проти уловлених іонів

Існують два основних пристрої, які використовуються в галузі квантових обчислень: суперпровідні пристрої та пристрої з уловленими іонами.

Суперпровідні пристрої використовуються деякими великими компаніями, такими як IBM і Google (GOOGL ), тоді як пристрої з уловленими іонами використовуються командою з Університету Сассекса та іншими компаніями.

Суперпровідні квантові комп’ютери використовують стаціонарні кубіти, і більшість часу вони можуть взаємодіяти лише з кубітами, які знаходяться поруч. Для виконання розрахунків між кубітами, які не знаходяться безпосередньо поруч, потрібно спілкування через ланцюг сусідніх кубітів.

Чим довше ланцюг, тим більше корумпована інформація при руху від одного кубіту до іншого. Через це суперпровідні квантові комп’ютери розглядаються командою як пристрої з обмеженою обчислювальною потужністю.

Через ці обмеження команда вирішила розробити новий алгоритм маршрутизації для архітектури з уловленими іонами. Поточний метод вимірювання обчислювальної потужності квантових комп’ютерів ближнього майбутнього називається «Квантовий об’єм», який команда могла використовувати для порівняння своєї моделі з суперпровідними моделями.

Команда виявила, що їхня модель з уловленими іонами була більш послідовною і показала кращу продуктивність порівняно з моделями суперпровідних кубітів, і це було пов’язано з тим, що їхній алгоритм дозволяв кубітам взаємодіяти безпосередньо з більшою кількістю кубітів. Це призводить до вищої очікуваної обчислювальної потужності.

«Тепер ми можемо передбачити обчислювальну потужність квантових комп’ютерів, які ми будуємо. Наше дослідження показало фундаментальну перевагу пристроїв з уловленими іонами, і новий алгоритм маршрутизації дозволить нам максимізувати продуктивність перших квантових комп’ютерів», – сказав Веббер.

Згідно з Генсінгером, «Це дослідження є ще одним кроком на шляху до створення практичних квантових комп’ютерів, які можуть розв’язувати реальні проблеми світу».