Forskere udvikler quantum gate, der muliggør undersøgelse af optimeringsproblemer

Udviklingen af ​​kvantecomputere forfølges verden over, og der er forskellige koncepter for, hvordan computing ved hjælp af kvanteverdenens egenskaber kan implementeres. Mange af disse er allerede eksperimentelt avanceret til områder, der ikke længere kan emuleres på klassiske computere. Men teknologierne er endnu ikke nået dertil, hvor de kan bruges til at løse større beregningsmæssige problemer. Derfor leder forskere i øjeblikket efter applikationer, der kan implementeres på eksisterende platforme. "Vi leder efter opgaver, som vi kan beregne på eksisterende hardware," siger Rick van Bijnen fra Institute of Quantum Optics and Quantum Information ved det østrigske videnskabsakademi i Innsbruck. Et team omkring Van Bijnen og Lechner-forskningsgruppen foreslår nu en metode til at løse optimeringsproblemer ved hjælp af neutrale atomer.

Softwareløsning

For at udvikle videnskabeligt og industrielt relevante applikationer til eksisterende kvantehardware i den nærmeste fremtid leder forskere efter specielle algoritmer, der strukturelt matcher styrkerne ved en kvanteplatform. "Dette co-design af algoritmer og eksperimentelle platforme gør det muligt for disse systemer at arbejde uden fejlkorrektion, hvilket stadig er svært at opnå i dag," forklarer Wolfgang Lechner fra Institut for Teoretisk Fysik ved Universitetet i Innsbruck. Fysikerne forestiller sig, at deres optimeringsalgoritme skal implementeres på neutrale atomer fanget og arrangeret i en optisk pincet. De kan programmeres via samspillet mellem meget begejstrede Rydberg-stater. For at undgå begrænsningerne ved tidligere tilgange implementerer fysikerne ikke algoritmen direkte, men bruger den såkaldte paritetsarkitektur, et skalerbart og problemuafhængigt hardwaredesign til kombinatoriske optimeringsproblemer, som Wolfgang Lechner udviklede sammen med Philipp Hauke ​​og Peter Zoller i Innsbruck.

På denne måde kræver optimeringsalgoritmen kun problemafhængige enkelt-qubit-operationer og problemuafhængige fire-qubit-operationer. At finde en direkte og enkel implementering for disse fire-qubit-operationer var den største udfordring for Innsbruck-forskerne. Til dette formål har de designet en speciel kvanteport. "Vi implementerede algoritmen direkte på eksperimentets sprog," forklarer førsteforfatter Clemens Dlaska. "Algorithmen kan således realiseres på nuværende kvantehardware ved blot at optimere varigheden af ​​laserimpulser i en feedback-loop."

Vilkårligt skalerbar

Med det foreslåede koncept kan ydeevnen af ​​eksisterende kvantehardware til at løse relevante optimeringsproblemer undersøges for problemstørrelser, der i øjeblikket er umulige at simulere på klassiske supercomputere. At både hardwareplatformen og softwareløsningen i vid udstrækning kan udvides uden ændringer er en vigtig fordel ved den nye metode.

Innsbruck-teamet har nu præsenteret sit nye koncept i Physical Review Letters . + Udforsk yderligere

Opgradering af kvantecomputeren