Các nhà vật lý phát triển thuật toán để thực hiện tính toán lượng tử hiệu quả hơn

Tính toán lượng tử là một trong những công cụ mạnh mẽ nhất hiện có, với khả năng giải quyết nhiều vấn đề phức tạp mà máy tính cổ điển không thể xử lý. Tuy nhiên, để đạt được máy tính lượng tử mạnh nhất, cần phải tăng hiệu suất.

Các nhà vật lý lượng tử tại Đại học Sussex đang giải quyết vấn đề hiệu suất này. Họ đã tạo ra một thuật toán mới có thể tăng tốc độ của tốc độ tính toán trong máy tính lượng tử đang được phát triển. Thuật toán cung cấp một cách mới để định tuyến các ion xung quanh máy tính lượng tử, điều này làm tăng hiệu suất của các tính toán.

Thuật toán ‘định tuyến’ được mô tả chi tiết trong bài báo nghiên cứu có tiêu đề “Định tuyến qubit hiệu quả cho máy tính lượng tử ion bị mắc kẹt toàn cầu“, được xuất bản trên tạp chí Công nghệ lượng tử tiên tiến.

Đội ngũ được dẫn dắt bởi Giáo sư Winfried Hensinger và bao gồm Mark Webber, Tiến sĩ Steven Haerbert và Tiến sĩ Sebastian Weidt.

Hensinger và Webber gần đây đã thành lập công ty của riêng họ, Universal Quantum. Nó nhằm mục đích xây dựng máy tính lượng tử lớn đầu tiên, và các nhà đầu tư công nghệ cấp cao đã thể hiện sự quan tâm.

Thuật toán định tuyến

Thuật toán định tuyến hoạt động bằng cách điều chỉnh lưu lượng trong máy tính lượng tử, cho phép qubit được vận chuyển vật lý trên khoảng cách dài. Điều này cho phép qubit tương tác với nhau, và dữ liệu có thể di chuyển hiệu quả trong máy tính lượng tử mà không có tắc nghẽn.

Một trong những khía cạnh cơ bản của máy tính lượng tử là qubit, hoặc qubit, được sử dụng để xử lý thông tin. Đội ngũ đầu tiên phân tích máy tính lượng tử ‘ion bị mắc kẹt’, bao gồm các vi mạch silicon với nguyên tử tích điện. Những nguyên tử tích điện này, hoặc ion, levitate trên bề mặt của vi mạch, và chúng được sử dụng để lưu trữ dữ liệu. Mỗi ion có thể giữ một qubit thông tin lượng tử.

Để thực hiện tính toán trên loại máy tính lượng tử này, các ion cần được di chuyển. Sức mạnh của máy tính lượng tử phụ thuộc vào việc di chuyển này diễn ra nhanh chóng và hiệu quả như thế nào.

Siêu dẫn so với Ion bị mắc kẹt

Có hai thiết bị chính được sử dụng trong lĩnh vực tính toán lượng tử: thiết bị siêu dẫn và thiết bị ion bị mắc kẹt.

Thiết bị siêu dẫn được sử dụng bởi một số công ty lớn như IBM và Google (GOOGL ), trong khi thiết bị ion bị mắc kẹt được sử dụng bởi đội ngũ tại Đại học Sussex và các công ty khác.

Máy tính lượng tử siêu dẫn dựa trên qubit tĩnh, và hầu hết thời gian chúng chỉ có thể tương tác với qubit ngay cạnh nhau. Để thực hiện tính toán giữa các qubit không nằm cạnh nhau, cần phải có sự giao tiếp thông qua chuỗi qubit liền kề.

Khi thông tin di chuyển từ qubit này sang qubit khác và như vậy, nó trở nên bị hư hỏng hơn khi chuỗi dài hơn. Do đó, máy tính lượng tử siêu dẫn được đội ngũ coi là có sức mạnh tính toán hạn chế.

Do những hạn chế này, đội ngũ đã chọn phát triển một thuật toán định tuyến mới cho kiến trúc ion bị mắc kẹt. Phương pháp hiện tại để đo sức mạnh tính toán của máy tính lượng tử gần hạn là ‘Thể tích lượng tử’, mà đội ngũ đã sử dụng để so sánh mô hình của họ với mô hình siêu dẫn.

Đội ngũ đã phát hiện ra rằng mô hình ion bị mắc kẹt của họ nhất quán và hoạt động tốt hơn so với mô hình qubit siêu dẫn, và điều này là do thuật toán của họ cho phép qubit tương tác trực tiếp với nhiều qubit hơn. Phương pháp này dẫn đến sức mạnh tính toán dự kiến cao hơn.

“Chúng tôi hiện có thể dự đoán sức mạnh tính toán của máy tính lượng tử mà chúng tôi đang xây dựng. Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy một lợi thế cơ bản cho thiết bị ion bị mắc kẹt, và thuật toán định tuyến mới sẽ cho phép chúng tôi tối đa hóa hiệu suất của máy tính lượng tử sớm”, Webber nói.

Theo Hensinger, “Thật vậy, công việc này là một bước tiến nữa trong việc xây dựng máy tính lượng tử thực tế có thể giải quyết các vấn đề thế giới thực.”