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

Plato tarafından yeniden yayınlandı

İzleyiciler: 0

Nikolai Sinitsyn, sağda

15 Ağustos 2023 — Los Alamost Ulusal Laboratuvarı bugün, kuantum bilgi işlem donanımına yönelik potansiyel olarak oyunun kurallarını değiştiren teorik bir yaklaşımın, kuantum bilgisayarlarda bulunan karmaşıklığın bir kısmını önlediğini bildirdi. Laboratuvar, stratejinin, çeşitli gerçek dünya problemlerini klasik bilgisayarlardan veya geleneksel kapı tabanlı kuantum bilgisayarlardan daha hızlı işlemek için doğal kuantum etkileşimlerinde bir algoritma uyguladığını söyledi.

Los Alamos Ulusal Laboratuvarı'nda teorik fizikçi olan Nikolai Sinitsyn, "Bulgumuz, kuantum donanımı için birçok zorlu gereksinimi ortadan kaldırıyor" dedi. O bir ortak yazardır kâğıt Physical Review A dergisindeki yaklaşım üzerine. "Elmastaki kusurların elektronik dönüşleri gibi doğal sistemler, tam olarak hesaplama sürecimiz için gereken türden etkileşimlere sahiptir."

Sinitsyn, ekibin aşırı soğuk atomları kullanarak yaklaşımlarını göstermek için Los Alamos'taki deneysel fizikçilerle işbirliği yapmayı umduğunu söyledi. Ultra soğuk atomlardaki modern teknolojiler, yaklaşık 40 ila 60 kübitlik bu tür hesaplamaları göstermek için yeterince gelişmiş, dedi ki bu, şu anda klasik veya ikili hesaplama ile erişilemeyen birçok sorunu çözmek için yeterli. Bir kübit, bilinen klasik hesaplamadaki bir bit'e benzer şekilde, kuantum bilgisinin temel birimidir.

Yeni strateji, hepsinin kuantum dolaşıklığını paylaşması gereken bir dizi kübit arasında karmaşık bir mantık kapıları sistemi kurmak yerine, doğal bir sistemdeki elektronların dönüşleri gibi kübitleri döndürmek için basit bir manyetik alan kullanır. Algoritmayı uygulamak için gereken tek şey, spin durumlarının kesin evrimidir. Sinitsyn, yaklaşımın kuantum bilgisayarlar için önerilen birçok pratik sorunu çözmek için kullanılabileceğini söyledi.

Kuantum hesaplama, kübitleri uzun mantık kapıları dizilerinde bağlamanın ve hesaplama için gereken kuantum dolaşıklığını sürdürmenin zorluğu nedeniyle engellenen, gelişmekte olan bir alan olmaya devam ediyor. Karışık kübitler, bilgisayarın kuantum sisteminin dışındaki dünya ile etkileşime girerek hatalara neden olarak, uyumsuzluk olarak bilinen bir süreçte dolaşma bozulur. Bu hızlı bir şekilde gerçekleşir ve hesaplama süresini sınırlar. Kuantum donanımında gerçek hata düzeltmesi henüz uygulanmadı.

Yeni yaklaşım, indüklenmiş dolaşma yerine doğal dolaşmaya dayanır, bu nedenle kübitler arasında daha az bağlantı gerektirir. Bu, uyumsuzluğun etkisini azaltır. Sinitsyn, bu nedenle, kübitlerin nispeten uzun bir süre yaşadığını söyledi.

Los Alamos ekibinin teorik makalesi, yaklaşımın bir sayı bölümleme problemini Grover'ın algoritmasını kullanarak mevcut kuantum bilgisayarlardan daha hızlı nasıl çözebileceğini gösterdi. En iyi bilinen kuantum algoritmalarından biri olarak, geleneksel bilgi işlem kaynaklarını tüketen büyük veri kümelerinin yapılandırılmamış aramalarına izin verir. Örneğin Sinitsyn, Grover'ın algoritmasının görevlerin çalışma zamanını iki bilgisayar arasında eşit olarak bölmek için kullanılabileceğini, böylece diğer pratik işlerle birlikte aynı anda bitirilebileceğini söyledi. Algoritma, günümüzün hata eğilimli makinelerinde uygulanması zor olsa da, idealleştirilmiş, hatası düzeltilmiş kuantum bilgisayarları için çok uygundur.

Sinitsyn, kuantum bilgisayarların herhangi bir klasik cihazın yapabileceğinden çok daha hızlı hesaplamalar yapmak için yapıldığını, ancak şimdiye kadar gerçekleştirmelerinin son derece zor olduğunu söyledi. Geleneksel bir kuantum bilgisayarı, farklı kübit çiftleriyle temel işlem dizileri olan kuantum devrelerini uygular.

Los Alamos teorisyenleri ilgi çekici bir alternatif önerdiler.

Sinitsyn, "Birçok ünlü hesaplama problemi için, temel etkileşimlere sahip bir kuantum sistemine sahip olmanın yeterli olduğunu fark ettik, burada yalnızca tek bir kuantum dönüşü - iki kübit ile gerçekleştirilebilir - hesaplama kübitlerinin geri kalanıyla etkileşime giriyor" dedi. "Sonra, yalnızca merkezi dönüşe etki eden tek bir manyetik darbe, kuantum Grover'ın algoritmasının en karmaşık bölümünü uygular." Grover'ın kahini olarak adlandırılan bu kuantum işlemi, istenen çözüme işaret ediyor.

İşlemde hesaplamalı kübitler arasında doğrudan etkileşimler ve merkezi dönüş ile zamana bağlı etkileşimler gerekmiyor” dedi. Merkezi spin ve kübitler arasındaki statik eşleşmeler ayarlandıktan sonra, tüm hesaplama sadece spinleri döndüren zamana bağlı basit harici alan darbelerinin uygulanmasından oluşur, dedi.

Daha da önemlisi, ekip bu tür operasyonların hızlı bir şekilde yapılabileceğini kanıtladı. Ekip ayrıca yaklaşımlarının topolojik olarak korunduğunu keşfetti. Yani, kuantum hata düzeltmesi olmadan bile kontrol alanlarının ve diğer fiziksel parametrelerin kesinliğindeki birçok hataya karşı dayanıklıdır.

Makale: "Bölüm sorunu için Grover'ın kehanetini topolojik olarak korudu." Fiziksel İnceleme A. https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.108.022412

Finansman: Enerji Bakanlığı Bilim Ofisi, Gelişmiş Bilimsel Hesaplama Araştırma Ofisi ve Los Alamos Ulusal Laboratuvarı'ndaki Laboratuvar Yönetimli Araştırma ve Geliştirme programı.