Undersøgelse gør det muligt at forudsige beregningskraft for tidlige kvantecomputere

Kvantfysikere ved University of Sussex har skabt en algoritme, der fremskynder hastigheden af ​​beregninger i de tidlige kvantecomputere, der i øjeblikket udvikles. De har skabt en ny måde at lede ionerne - eller ladede atomer - rundt på kvantecomputeren for at øge beregningernes effektivitet.

Sussex -teamet har vist, hvordan beregninger i sådan en kvantecomputer kan udføres mest effektivt, ved at bruge deres nye 'routingsalgoritme'. Deres papir "Efficient Qubit Routing for a Globally Connected Trapped Ion Quantum Computer" er offentliggjort i tidsskriftet Avancerede Quantum Technologies .

Teamet, der arbejdede på dette projekt, blev ledet af professor Winfried Hensinger og omfattede Mark Webber, Dr. Steven Herbert og Dr. Sebastian Weidt. Forskerne har skabt en ny algoritme, der regulerer trafik inden for kvantecomputeren ligesom forvaltning af trafik i en travl by. I det fangede ion -design kan qubitsne fysisk transporteres over lange afstande, så de let kan interagere med andre qubits. Deres nye algoritme betyder, at data kan flyde gennem kvantecomputeren uden 'trafikpropper'. Dette giver igen anledning til en mere kraftfuld kvantecomputer.

Kvantecomputere forventes at kunne løse problemer, der er for komplekse til klassiske computere. Kvantecomputere bruger kvantebits (qubits) til at behandle oplysninger på en ny og kraftfuld måde. Den særlige kvantecomputerarkitektur, teamet analyserede først, er en 'fanget ion' kvantecomputer, bestående af siliciummikrochips med individuelt ladede atomer, eller ioner, svævende over overfladen af ​​chippen. Disse ioner bruges til at gemme data, hvor hver ion rummer en mængde information. At udføre beregninger på en sådan kvantecomputer indebærer at flytte rundt om ioner, ligner at spille et spil Pacman, og jo hurtigere og mere effektivt dataene (ionerne) kan flyttes rundt, jo kraftigere vil kvantecomputeren være.

I det globale kapløb om at bygge en kvantecomputer i stor skala er der to førende metoder, 'superledende' enheder, som grupper som IBM og Google fokuserer på, og 'fanget ion' -udstyr, der bruges af University of Sussex's Ion Quantum Technology -gruppe, og det nyopståede selskab Universal Quantum, blandt andre.

Superledende kvantecomputere har stationære qubits, som typisk kun er i stand til at interagere med qubits, der er umiddelbart ved siden af ​​hinanden. Beregninger, der involverer fjerne qubits, udføres ved at kommunikere gennem en kæde af tilstødende qubits, en proces, der ligner telefonspillet (også kaldet 'kinesiske hvisker'), hvor oplysninger hviskes fra en person til en anden langs en række mennesker. På samme måde som i telefonspillet, oplysningerne har en tendens til at blive mere ødelagt, jo længere kæden er. Ja, forskerne fandt ud af, at denne proces vil begrænse regnekraften i superledende kvantecomputere.

I modsætning, ved at implementere deres nye routingsalgoritme til deres fangede ionarkitektur, Sussex -forskerne har opdaget, at deres quantum computing -tilgang kan opnå et imponerende computerkraftniveau. 'Quantum Volume' er et nyt benchmark, der bruges til at sammenligne beregningskraften på nærtids kvantecomputere. De var i stand til at bruge Quantum Volume til at sammenligne deres arkitektur med en model for superledende qubits, hvor de antog lignende fejlniveauer for begge tilgange. De fandt ud af, at metoden med fanget ion udførte konsekvent bedre end den superledende qubit-tilgang, fordi deres routingsalgoritme i det væsentlige tillader qubits at interagere direkte med mange flere qubits, hvilket igen giver anledning til en højere forventet beregningseffekt.

Mark Webber, en forsker i Sussex Center for Quantum -teknologier, ved University of Sussex, sagde, "Vi kan nu forudsige beregningskraften for de kvantecomputere, vi konstruerer. Vores undersøgelse indikerer en grundlæggende fordel for fangede ion -enheder, og den nye routingsalgoritme giver os mulighed for at maksimere ydelsen på tidlige kvantecomputere. "

Professor Hensinger, direktør for Sussex Center for Quantum Technologies ved University of Sussex kommenterede, "Ja, dette arbejde er endnu et springbræt i retning af at bygge praktiske kvantecomputere, der kan løse problemer i den virkelige verden. "

Professor Winfried Hensinger og Dr. Sebastian Weidt har for nylig lanceret deres spin-out virksomhed Universal Quantum, der har til formål at bygge verdens første store kvantecomputer. Det har tiltrukket opbakning fra nogle af verdens mest magtfulde tech -investorer. Teamet var det første til at offentliggøre et blåtryk for, hvordan man bygger en storskala fanget ion-kvantecomputer i 2017.