Ud over klassisk computing uden fejltolerance:På udkig efter kvantegrænsen

Et team af forskere fra Australien og Storbritannien har udviklet en ny teoretisk ramme til at identificere beregninger, der indtager 'kvantegrænsen' - grænsen, hvor problemer bliver umulige for nutidens computere og kun kan løses af en kvantecomputer. Vigtigere, de viser, at disse beregninger kan udføres med kort sigt, mellemliggende, kvantecomputere.

"Indtil for nylig har det været svært at sige endegyldigt, hvornår kvantecomputere kan overgå klassiske computere, "sagde professor Michael Bremner, Chief Investigator ved Center for Quantum Computation and Communication Technology og stiftende medlem af UTS Center for Quantum Software and Information (UTS:QSI).

"Den store udfordring for kvantekompleksitetsteoretikere i løbet af det sidste årti har været at finde stærkere beviser for eksistensen af ​​kvantegrænsen, og derefter for at identificere, hvor det bor. Vi får nu en fornemmelse af dette, og begynder at forstå de ressourcer, der kræves for at krydse grænsen for at løse problemer, som nutidens computere ikke kan. "

Teamet har identificeret kvanteberegninger, der kræver de mindst kendte fysiske ressourcer, der kræves for at gå ud over klassiske computers muligheder, betydningsfuld på grund af de teknologiske udfordringer i forbindelse med opskalering af kvantecomputere.

Prof Bremner sagde, at resultatet også indikerer, at fuld fejltolerance muligvis ikke er påkrævet for at overgå klassiske computere. "Til dato, det er blevet bredt accepteret, at fejlkorrektion ville være en nødvendig komponent i fremtidige kvantecomputere, men ingen har endnu været i stand til at opnå dette i en meningsfuld skala, sagde Bremner.

"Vores arbejde viser, at selvom der er behov for en vis grad af fejlreducering for at krydse kvantegrænsen, vi kan muligvis overgå klassiske computere uden den ekstra designkompleksitet ved fuld fejltolerance, " han sagde.

Dr. Ashley Montanaro fra University of Bristol samarbejdede med Bremner for at udvikle rammerne.

"Vi startede med målet om at definere de minimale ressourcer, der kræves for at bygge en post-klassisk kvantecomputer, men fandt derefter ud af, at vores model klassisk kunne simuleres med en lille mængde støj, eller fysisk ufuldkommenhed, sagde Montanaro.

"Håbet blandt forskere havde altid været, at hvis mængden af ​​støj i et kvantesystem var lille nok, ville det stadig være overlegen i forhold til en klassisk computer, men vi har nu vist, at dette sandsynligvis ikke er tilfældet, i det mindste for denne særlige beregningsklasse, " han sagde.

"Vi indså derefter, at det er muligt at bruge en klassisk kodning på et kvantekredsløb for at overvinde 'støj' på en meget enklere måde for at afbøde disse fejl. Effektiviteten af ​​denne tilgang var overraskende. Det tyder på, at vi kunne bruge sådanne strukturer at udvikle nye kvantealgoritmer på en måde, der direkte kan undgå visse typer fejl. "

"Dette er et resultat, der kan føre til nyttige" mellemliggende "kvantecomputere på mellemlangt sigt, mens vi fortsætter med at forfølge målet om en universel kvantecomputer i fuld skala. "