Kvanteudglødning kan slå klassisk databehandling i begrænsede tilfælde

Nyere forskning beviser, at kvanteudglødningscomputere under visse forhold kan køre algoritmer – inklusive den velkendte Shor's algoritme – hurtigere end klassiske computere. I de fleste tilfælde giver kvanteudglødning dog ikke en fremskyndelse sammenlignet med klassisk databehandling, når tiden er begrænset, ifølge en undersøgelse i Nature Communications .

"Vi beviste, at du kan være sikker på, at du vil nå frem til en hurtig løsning fra det indledende problem, men det er kun sandt for en bestemt klasse af problemer, der kan sættes op, så kvantesystemets mange udviklingshistorier forstyrrer konstruktivt. forskellige kvantehistorier øger hinandens sandsynlighed for at nå løsningen," sagde Nikolai Sinitsyn, en teoretisk kvantefysiker ved Los Alamos National Laboratory og medforfatter af papiret sammen med sin Los Alamos-kollega Bin Yan.

Mens eksempler på overlegen kvanteydelse i kvanteudglødningssimuleringer rutinemæssigt rapporteres, mangler de konkrete beviser. Nogle gange udleder forskere, at de har opnået kvantefordele, men de kan ikke bevise, at denne overlegenhed er over enhver konkurrerende klassisk algoritme, sagde Sinitsyn. Sådanne resultater er ofte modstridende.

Kvanteberegning transformerer en simpel kvantetilstand til en tilstand med et beregningsresultat. I blot en håndfuld kvantealgoritmer er denne proces tunet at udkonkurrere klassiske algoritmer. En tunet algoritme er specielt designet til at garantere den konstruktive interferens af forskellige systemhistorier under beregning, hvilket er nøglen til kvanteberegning. For eksempel kan man ved kvanteudglødning indstille den tidsafhængige vej for specifikke problemer. Utunede, såkaldte heuristiske, kvantealgoritmer bruges i kvanteudglødningscomputere. De garanterer ikke sådan interferens.

"Ethvert problem kan løses heuristisk i uendelig tid," sagde Sinitsyn. "I praksis er beregningstiden dog altid begrænset. Forskere håber, at kvanteeffekter i det mindste reducerer antallet af fejl for at gøre den heuristiske tilgang levedygtig."

For at adressere usikkerheden ved den heuristiske metode, etablerede Sinitsyn og medforfatter Bin Yan en anderledes, rent analytisk tilgang til at demonstrere en simpel uafstemt proces, der løser ethvert beregningsproblem, der kan overvejes af en kvanteudglødningscomputer. Nøjagtigheden af ​​denne beregning kan karakteriseres på et hvilket som helst tidspunkt i beregningens køretid.

Desværre fandt Sinitsyn og Yan ud af, at denne nøjagtighed næsten altid ikke er bedre end ydeevnen af ​​en klassisk algoritme.

Årsagen er, at effektiv kvanteberegning er afhængig af kvanteeffekter, såsom konstruktiv interferens, når mange forskellige kvantehistorier, som samtidig opleves af en kvanteprocessor, interfererer for at forstørre den nyttige information i den endelige tilstand. Uden finjustering bliver den korrekte interferens usandsynlig. Der er dog sjældne undtagelser, som efterlader nichen for overlegen kvanteberegning.

Et andet inspirerende fund var en observation af, at den overvejede proces ikke møder den såkaldte spinglasovergang, som svarer til ekstremt langsom undertrykkelse af beregningsfejl, og som er en stor ulempe ved klassiske annealing-beregningsstrategier.

Så de heuristiske tilgange til kvanteberegning kan endelig fungere, men skal overvejes med stor omhu. + Udforsk yderligere

Anti-sommerfugleeffekt muliggør ny benchmarking af kvantecomputerens ydeevne