Прогнозирование вычислительной мощности первых квантовых компьютеров


Квантовые физики из Университета Сассекса создали алгоритм, ускоряющий скорость вычислений в первых квантовых компьютерах, которые разрабатываются в настоящее время. Они создали новый способ направлять ионы – или заряженные атомы – вокруг квантового компьютера, чтобы повысить эффективность вычислений.

Команда из Сассекса показала, как вычисления в таком квантовом компьютере могут быть выполнены наиболее эффективно с помощью их нового «алгоритма маршрутизации». Их статья «Эффективная кубитная маршрутизация для глобально подключенного квантового компьютера с захваченными ионами» опубликована в журнале Advanced Quantum Technologies .

Команда, работающая над этим проектом, возглавлялась профессором Винфридом Хенсингером и включала Марка Уэббера, доктора Стивена Герберта и доктора Себастьяна Вайдта. Ученые создали новый алгоритм, который регулирует трафик в квантовом компьютере точно так же, как управление движением в оживленном городе. В конструкции с захваченными ионами кубиты могут физически перемещаться на большие расстояния, поэтому они могут легко взаимодействовать с другими кубитами. Их новый алгоритм означает, что данные могут проходить через квантовый компьютер без каких-либо «пробок». Это, в свою очередь, дает начало более мощному квантовому компьютеру.

Ожидается, что квантовые компьютеры смогут решать задачи, слишком сложные для классических компьютеров. Квантовые компьютеры используют квантовые биты (кубиты) для обработки информации новым и мощным способом. Конкретная архитектура квантового компьютера, которую команда проанализировала первой, представляет собой квантовый компьютер с «захваченными ионами», состоящий из кремниевых микрочипов с отдельными заряженными атомами или ионами, парящими над поверхностью чипа. Эти ионы используются для хранения данных, где каждый ион содержит один квантовый бит информации. Выполнение вычислений на таком квантовом компьютере включает перемещение ионов, подобно игре в Pacman, и чем быстрее и эффективнее можно перемещать данные (ионы), тем мощнее будет квантовый компьютер.

В глобальной гонке за создание крупномасштабного квантового компьютера есть два ведущих метода: «сверхпроводящие» устройства, на которых сосредоточены такие группы, как IBM и Google, и устройства с «захваченными ионами», которые используются в Ion Quantum Университета Сассекса. Technology group, а также недавно созданной компании Universal Quantum и других.

Сверхпроводящие квантовые компьютеры имеют стационарные кубиты, которые обычно могут взаимодействовать только с кубитами, которые находятся непосредственно рядом друг с другом. Вычисления с участием удаленных кубитов выполняются путем обмена данными через цепочку смежных кубитов, процесс похож на телефонную игру (также называемую «китайским шепотом»), когда информация передается от одного человека другому по очереди. Как и в телефонной игре, чем длиннее цепочка, тем больше искажается информация. Действительно, исследователи обнаружили, что этот процесс ограничивает вычислительную мощность сверхпроводящих квантовых компьютеров.

В отличие от этого, развернув свой новый алгоритм маршрутизации для архитектуры захваченных ионов, ученые из Сассекса обнаружили, что их подход к квантовым вычислениям позволяет достичь впечатляющего уровня вычислительной мощности. «Квантовый объем» – это новый тест, который используется для сравнения вычислительной мощности квантовых компьютеров в ближайшем будущем. Они смогли использовать Quantum Volume для сравнения своей архитектуры с моделью для сверхпроводящих кубитов, в которой они предполагали одинаковые уровни ошибок для обоих подходов. Они обнаружили, что подход с захваченными ионами работает лучше, чем подход со сверхпроводящими кубитами, поскольку их алгоритм маршрутизации по существу позволяет кубитам напрямую взаимодействовать с большим количеством кубитов, что, в свою очередь, приводит к более высокой ожидаемой вычислительной мощности.

Марк Уэббер, докторант Сассекского центра квантовых технологий при Университете Сассекса, сказал:

«Теперь мы можем прогнозировать вычислительную мощность создаваемых нами квантовых компьютеров. Наше исследование указывает на фундаментальное преимущество устройств с захваченными ионами, а новый алгоритм маршрутизации позволит нам максимизировать производительность первых квантовых компьютеров».

Профессор Хенсингер, директор Сассекского центра квантовых технологий Университета Сассекса, сказал:

«Действительно, эта работа – еще одна ступенька на пути к созданию практических квантовых компьютеров, которые могут решать проблемы реального мира».

Профессор Винфрид Хенсингер и доктор Себастьян Вайдт недавно основали дочернюю компанию Universal Quantum, целью которой является создание первого в мире крупномасштабного квантового компьютера. Он получил поддержку со стороны некоторых из самых влиятельных мировых инвесторов в области высоких технологий. Команда была первой, кто опубликовал в 2017 году план создания крупномасштабного квантового компьютера с захваченными ионами.


Добавить комментарий