Los Alamos Reports Hardware Approach Offers New Quantum Computing Paradigm - High-Performance Computing News Analysis

Taasavaldanud Platon

järgijaid: 0

Nikolai Sinitsõn, paremal

15. august 2023 – Los Alamost National Laboratory teatas täna, et potentsiaalselt mängu muutev teoreetiline lähenemine kvantarvutite riistvarale väldib osa kvantarvutites leiduvast keerukusest. See strateegia rakendab looduslike kvantinteraktsioonide algoritmi, et töödelda mitmesuguseid reaalseid probleeme kiiremini, kui seda suudavad klassikalised arvutid või tavapärased väravapõhised kvantarvutid, teatas labor.

"Meie leid kõrvaldab kvantriistvarale palju väljakutseid esitavaid nõudeid," ütles Los Alamose riikliku labori teoreetiline füüsik Nikolai Sinitsyn. Ta on kaasautor a paber Ajakirjas Physical Review A avaldatud lähenemisviisi kohta. „Looduslikel süsteemidel, nagu teemandi defektide elektroonilised keerutused, on täpselt seda tüüpi vastasmõjud, mida meie arvutusprotsessis vaja on.”

Sinitsyn ütles, et meeskond loodab teha koostööd Los Alamose eksperimentaalfüüsikutega, et demonstreerida nende lähenemist ülikülmade aatomite abil. Ta ütles, et ülikülmade aatomite kaasaegsed tehnoloogiad on piisavalt arenenud, et demonstreerida selliseid arvutusi umbes 40–60 kubitiga, mis on piisav paljude probleemide lahendamiseks, mis ei ole praegu klassikalise või kahendarvutuse abil kättesaadavad. Kubit on kvantteabe põhiühik, mis on analoogne bitiga tuttavas klassikalises andmetöötluses.

Selle asemel, et luua keerukas loogiliste väravate süsteem mitmete kubitide vahel, mis kõik peavad jagama kvantpõimumist, kasutab uus strateegia lihtsat magnetvälja, et pöörata loomulikus süsteemis kubitid, näiteks elektronide spinnid. Algoritmi rakendamiseks on vaja ainult pöörlemisolekute täpset arengut. Sinitsyn ütles, et seda lähenemisviisi saab kasutada paljude kvantarvutite jaoks välja pakutud praktiliste probleemide lahendamiseks.

Kvantarvutus jääb alles tärkavaks valdkonnaks, mida takistab raskusi kubitide ühendamisel pikkades loogikavärava jadades ja arvutamiseks vajaliku kvantpõimumise säilitamisel. Põimumine laguneb protsessis, mida nimetatakse dekoherentsiks, kuna takerdunud kubiidid hakkavad suhtlema arvuti kvantsüsteemist väljaspool oleva maailmaga, põhjustades vigu. See juhtub kiiresti, piirates arvutusaega. Tõelist veaparandust pole kvantriistvaras veel rakendatud.

Uus lähenemine tugineb pigem loomulikule kui indutseeritud takerdumisele, nii et see nõuab vähem ühendusi kubittide vahel. See vähendab dekoherentsi mõju. Seega elavad kubiidid suhteliselt kaua, ütles Sinitsyn.

Los Alamose meeskonna teoreetiline artikkel näitas, kuidas see lähenemisviis võib lahendada arvude jagamise probleemi, kasutades Groveri algoritmi kiiremini kui olemasolevad kvantarvutid. Ühe tuntuima kvantalgoritmina võimaldab see struktureerimata otsinguid suurtest andmekogumitest, mis ahmivad tavapäraseid arvutusressursse. Näiteks ütles Sinitsyn, et Groveri algoritmi saab kasutada ülesannete käitusaja jagamiseks võrdselt kahe arvuti vahel, nii et need lõpetatakse samal ajal koos muude praktiliste töödega. Algoritm sobib hästi idealiseeritud, veaparandusega kvantarvutitele, kuigi seda on raske rakendada tänapäevastes veaohtlikes masinates.

Sinitsyn ütles, et kvantarvutid on loodud arvutuste tegemiseks palju kiiremini kui ükski klassikaline seade suudab, kuid neid on seni olnud äärmiselt raske realiseerida. Tavaline kvantarvuti rakendab kvantlülitusi — elementaaroperatsioonide jadasid erinevate kubitipaaridega.

Los Alamose teoreetikud pakkusid välja intrigeeriva alternatiivi.

"Märkasime, et paljude kuulsate arvutusprobleemide jaoks piisab elementaarsete interaktsioonidega kvantsüsteemist, milles ainult üks kvantspinn - mis on teostatav kahe kubitiga - suhtleb ülejäänud arvutuslike kubitidega," ütles Sinitsyn. "Siis rakendab üks magnetimpulss, mis toimib ainult kesksel spinnil, kvant Groveri algoritmi kõige keerulisema osa." Seda Groveri oraakliks kutsutud kvantoperatsiooni osutab soovitud lahendusele.

"Protsessis pole vaja otseseid koostoimeid arvutuslike kubitide vahel ega ajast sõltuvaid koostoimeid keskse spinniga," ütles ta. Ta ütles, et kui staatilised ühendused keskse spinni ja kubitite vahel on seatud, koosneb kogu arvutus ainult ajast sõltuvate väliste väljaimpulsside rakendamisest, mis pöörlevad.

Oluline on see, et meeskond tõestas, et selliseid operatsioone saab teha kiiresti. Meeskond avastas ka, et nende lähenemine on topoloogiliselt kaitstud. See tähendab, et see on vastupidav paljudele juhtväljade ja muude füüsiliste parameetrite täpsuses esinevatele vigadele isegi ilma kvantveaparanduseta.

Paber: "Topoloogiliselt kaitstud Groveri oraakel partitsiooniprobleemi jaoks." Füüsiline ülevaade A. https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.108.022412

Rahastamine: Energeetika osakonna Teadusbüroo, Teadusliku Arvutiteaduse Teadusuuringute Amet ning Los Alamose riikliku labori laboratooriumile suunatud uurimis- ja arendusprogramm.