Los Alamos rapporterer hardwaretilgang tilbyder nyt kvanteberegningsparadigme - Nyhedsanalyse af højtydende computing | inde i HPC

Los Alamos rapporterer hardwaretilgang tilbyder nyt kvanteberegningsparadigme – højtydende computernyhedsanalyse | inde i HPC

Tidsstempel: 15. august 2023 kl. 3
Los Alamos Reports Hardware Approach Offers New Quantum Computing Paradigm - High-Performance Computing News Analysis | insideHPC PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

Nikolai Sinitsyn, til højre

15. august 2023 - Los Alamost National Laboratory rapporterede i dag, at en potentielt spilskiftende teoretisk tilgang til kvantecomputerhardware undgår noget af den kompleksitet, der findes i kvantecomputere. Strategien implementerer en algoritme i naturlige kvanteinteraktioner til at behandle en række af virkelige problemer hurtigere end klassiske computere eller konventionelle gate-baserede kvantecomputere kan, sagde laboratoriet.

"Vores fund eliminerer mange udfordrende krav til kvantehardware," sagde Nikolai Sinitsyn, en teoretisk fysiker ved Los Alamos National Laboratory. Han er medforfatter til en papir om tilgangen i tidsskriftet Physical Review A. "Naturlige systemer, såsom elektroniske spins af defekter i diamant, har netop den type interaktioner, der er nødvendige for vores beregningsproces."

Sinitsyn sagde, at holdet håber at samarbejde med eksperimentelle fysikere ved Los Alamos for at demonstrere deres tilgang ved hjælp af ultrakolde atomer. Moderne teknologier inden for ultrakolde atomer er tilstrækkeligt avancerede til at demonstrere sådanne beregninger med omkring 40 til 60 qubits, sagde han, hvilket er nok til at løse mange problemer, som i øjeblikket ikke er tilgængelige med klassisk eller binær beregning. En qubit er den grundlæggende enhed af kvanteinformation, analogt med en bit i velkendt klassisk databehandling.

I stedet for at opsætte et komplekst system af logiske porte blandt en række qubits, der alle skal dele kvantesammenfiltring, bruger den nye strategi et simpelt magnetfelt til at rotere qubits, såsom elektronernes spins, i et naturligt system. Den præcise udvikling af spin-tilstandene er alt, hvad der er nødvendigt for at implementere algoritmen. Sinitsyn sagde, at tilgangen kunne bruges til at løse mange praktiske problemer foreslået for kvantecomputere.

Kvanteberegning forbliver et begyndende felt, der er handicappet af vanskeligheden ved at forbinde qubits i lange rækker af logiske porte og opretholde den kvantesammenfiltring, der kræves til beregning. Entanglement bryder sammen i en proces kendt som dekohærens, da de sammenfiltrede qubits begynder at interagere med verden uden for computerens kvantesystem og introducerer fejl. Det sker hurtigt, hvilket begrænser beregningstiden. Ægte fejlkorrektion er endnu ikke implementeret på kvantehardware.

Los Alamos Reports Hardware Approach Offers New Quantum Computing Paradigm - High-Performance Computing News Analysis | insideHPC PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.Den nye tilgang er afhængig af naturlig snarere end induceret sammenfiltring, så det kræver færre forbindelser mellem qubits. Det reducerer virkningen af ​​dekohærens. Således lever qubitterne i relativt lang tid, sagde Sinitsyn.

Los Alamos-holdets teoretiske papir viste, hvordan tilgangen kunne løse et nummeropdelingsproblem ved hjælp af Grovers algoritme hurtigere end eksisterende kvantecomputere. Som en af ​​de bedst kendte kvantealgoritmer tillader den ustrukturerede søgninger af store datasæt, der opsluger konventionelle computerressourcer. For eksempel, sagde Sinitsyn, kan Grovers algoritme bruges til at opdele køretiden for opgaver ligeligt mellem to computere, så de afslutter på samme tid sammen med andre praktiske opgaver. Algoritmen er velegnet til idealiserede, fejlkorrigerede kvantecomputere, selvom den er svær at implementere på nutidens fejludsatte maskiner.

Kvantecomputere er bygget til at udføre beregninger meget hurtigere end nogen klassisk enhed kan gøre, men de har været ekstremt svære at realisere indtil videre, sagde Sinitsyn. En konventionel kvantecomputer implementerer kvantekredsløb - sekvenser af elementære operationer med forskellige par af qubits.

Los Alamos-teoretikere foreslog et spændende alternativ.

"Vi har bemærket, at for mange berømte beregningsproblemer er det tilstrækkeligt at have et kvantesystem med elementære interaktioner, hvor kun et enkelt kvantespin - der kan realiseres med to qubits - interagerer med resten af ​​beregningsqubits," sagde Sinitsyn. "Så implementerer en enkelt magnetisk puls, der kun virker på det centrale spin, den mest komplekse del af kvante Grovers algoritme." Kaldet Grovers orakel, peger denne kvanteoperation på den ønskede løsning.

"Ingen direkte interaktioner mellem de beregningsmæssige qubits og ingen tidsafhængige interaktioner med det centrale spin er nødvendige i processen," sagde han. Når de statiske koblinger mellem det centrale spin og qubits er indstillet, består hele beregningen kun af at anvende simple tidsafhængige eksterne feltimpulser, der roterer spinsene, sagde han.

Det er vigtigt, at holdet beviste, at sådanne operationer kan udføres hurtigt. Holdet opdagede også, at deres tilgang er topologisk beskyttet. Det vil sige, at den er robust over for mange fejl i præcisionen af ​​kontrolfelterne og andre fysiske parametre selv uden kvantefejlkorrektion.

Avisen: "Topologisk beskyttede Grovers orakel for partitionsproblemet." Fysisk gennemgang A. https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.108.022412

Finansiering: Department of Energy Office of Science, Office of Advanced Scientific Computing Research og Laboratory Directed Research and Development-programmet ved Los Alamos National Laboratory.

Tidsstempel:

Mere fra Inde i HPC