Phương Pháp Mới Cải Thiện Hiệu Suất Của Máy Tính Lượng Tử Trong Khi Giảm Tác Động Môi Trường

Một nhóm nghiên cứu từ Viện Thông tin và Truyền thông Quốc gia, Đại học Keio, Đại học Khoa học Tokyo và Đại học Tokyo, đã thành công trong việc phát triển một phương pháp để tìm kiếm tuần tự các hoạt động lượng tử tối ưu cho máy tính lượng tử. Phương pháp mới này là phương pháp đầu tiên đạt được thành công.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí khoa học Physical Review A.

Phát Triển Phương Pháp Mới

Máy tính lượng tử thực hiện các nhiệm vụ bằng cách dựa vào các chuyên gia viết một chuỗi các hoạt động lượng tử, truyền thống đã liên quan đến việc các nhà vận hành máy tính viết dựa trên các phương pháp hiện có. Nhóm nghiên cứu đã phát triển một phương pháp hệ thống áp dụng lý thuyết điều khiển tối ưu (thuật toán GRAPE) để xác định chuỗi hoạt động lượng tử tối ưu từ tất cả các chuỗi hoạt động lượng tử có thể.

Phương pháp mới này dự kiến sẽ hữu ích cho máy tính lượng tử quy mô trung bình. Đồng thời, nhóm nghiên cứu cho biết nó cũng sẽ giúp cải thiện hiệu suất của máy tính lượng tử trong khi giảm tác động môi trường trong tương lai gần.

Máy tính lượng tử có khả năng giải quyết một loạt các vấn đề phức tạp, chẳng hạn như giảm gánh nặng môi trường bằng cách giảm tiêu thụ năng lượng và khám phá các chất hóa học mới cho lĩnh vực y tế.

Thách Thức Của Máy Tính Lượng Tử

Tuy nhiên, một trong những thách thức lớn của máy tính lượng tử là trạng thái lượng tử rất nhạy cảm với nhiễu, có nghĩa là rất khó để duy trì nó trong một khoảng thời gian dài. Các hoạt động phải được hoàn thành trong thời gian mà trạng thái lượng tử nhất quán được duy trì, và điều này đòi hỏi một phương pháp để xác định tuần tự các chuỗi hoạt động tối ưu.

Một chuỗi hoạt động lượng tử là một chương trình máy tính được viết bằng ngôn ngữ có thể đọc được của con người, và nó được chuyển đổi để được xử lý bởi máy tính lượng tử. Chuỗi hoạt động lượng tử liên quan đến các hoạt động 1-qubit và 2-qubit, nhưng chuỗi hoạt động tốt nhất có ít hoạt động nhất trong khi thể hiện hiệu suất tốt nhất.

Phương pháp mới được phát triển phân tích tất cả các chuỗi hoạt động lượng tử có thể thông qua việc sử dụng thuật toán GRAPE, là một thuật toán lý thuyết điều khiển tối ưu số. Nhóm nghiên cứu tạo một bảng các chuỗi hoạt động lượng tử và chỉ số hiệu suất cho mỗi chuỗi, có thể dao động từ hàng nghìn đến hàng triệu. Chuỗi hoạt động lượng tử tối ưu có thể được xác định tuần tự dựa trên dữ liệu tích lũy.

Phương pháp của nhóm nghiên cứu cũng có thể phân tích danh sách hoàn chỉnh tất cả các chuỗi hoạt động lượng tử và đánh giá các phương pháp truyền thống, điều này cho phép nó giúp thiết lập các điểm chuẩn cho nghiên cứu trong quá khứ và tương lai.

Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng có nhiều chuỗi hoạt động lượng tử tối ưu tuyệt vời, có nghĩa là một phương pháp xác suất có thể mở rộng khả năng áp dụng của phương pháp mới này cho các nhiệm vụ lớn hơn. Bằng cách tích hợp học máy với phương pháp, sức mạnh dự đoán có thể được tăng cường thậm chí nhiều hơn.