Αναφορές Los Alamos Η προσέγγιση υλικού προσφέρει νέο πρότυπο κβαντικής πληροφορικής - Ανάλυση ειδήσεων υπολογιστών υψηλής απόδοσης | μέσα HPC

Αναφορές Los Alamos Η προσέγγιση υλικού προσφέρει νέο πρότυπο κβαντικών υπολογιστών – Ανάλυση ειδήσεων υπολογιστών υψηλής απόδοσης | μέσα HPC

Χρονική σήμανση: 15 Αυγούστου 2023 3:30 μ.μ.
Αναφορές Los Alamos Η προσέγγιση υλικού προσφέρει νέο πρότυπο κβαντικής υπολογιστικής - Ανάλυση ειδήσεων Υπολογιστικής Υψηλής Απόδοσης | insideHPC PlatoBlockchain Data Intelligence. Κάθετη αναζήτηση. Ολα συμπεριλαμβάνονται.

Νικολάι Σινίτσιν, δεξιά

15 Αυγούστου 2023 — Το Εθνικό Εργαστήριο του Los Alamost ανέφερε σήμερα ότι μια θεωρητική προσέγγιση που μπορεί να αλλάξει το παιχνίδι στο υλικό κβαντικών υπολογιστών αποφεύγει κάποια από την πολυπλοκότητα που συναντάμε στους κβαντικούς υπολογιστές. Η στρατηγική εφαρμόζει έναν αλγόριθμο σε φυσικές κβαντικές αλληλεπιδράσεις για την επεξεργασία μιας ποικιλίας προβλημάτων του πραγματικού κόσμου πιο γρήγορα από ό,τι μπορούν οι κλασσικοί υπολογιστές ή οι συμβατικοί κβαντικοί υπολογιστές που βασίζονται σε πύλες, είπε το εργαστήριο.

«Το εύρημα μας εξαλείφει πολλές προκλητικές απαιτήσεις για κβαντικό υλικό», δήλωσε ο Νικολάι Σινίτσιν, θεωρητικός φυσικός στο Εθνικό Εργαστήριο του Λος Άλαμος. Είναι συν-συγγραφέας του α χαρτί σχετικά με την προσέγγιση στο περιοδικό Physical Review A. «Τα φυσικά συστήματα, όπως οι ηλεκτρονικές περιστροφές ελαττωμάτων στο διαμάντι, έχουν ακριβώς τον τύπο των αλληλεπιδράσεων που απαιτούνται για τη διαδικασία υπολογισμού μας».

Ο Sinitsyn είπε ότι η ομάδα ελπίζει να συνεργαστεί με πειραματικούς φυσικούς στο Los Alamos για να επιδείξουν την προσέγγισή τους χρησιμοποιώντας εξαιρετικά ψυχρά άτομα. Οι σύγχρονες τεχνολογίες σε υπερψυχρά άτομα είναι αρκετά προηγμένες ώστε να επιδεικνύουν τέτοιους υπολογισμούς με περίπου 40 έως 60 qubits, είπε, κάτι που είναι αρκετό για να λύσει πολλά προβλήματα που δεν είναι προς το παρόν προσβάσιμα με κλασικό ή δυαδικό υπολογισμό. Ένα qubit είναι η βασική μονάδα κβαντικής πληροφορίας, ανάλογη με ένα bit στους γνωστούς κλασσικούς υπολογιστές.

Αντί να δημιουργήσει ένα σύνθετο σύστημα λογικών πυλών μεταξύ ενός αριθμού qubits που πρέπει όλα να μοιράζονται κβαντική εμπλοκή, η νέα στρατηγική χρησιμοποιεί ένα απλό μαγνητικό πεδίο για να περιστρέψει τα qubits, όπως τα σπιν των ηλεκτρονίων, σε ένα φυσικό σύστημα. Η ακριβής εξέλιξη των καταστάσεων περιστροφής είναι το μόνο που χρειάζεται για την υλοποίηση του αλγόριθμου. Ο Sinitsyn είπε ότι η προσέγγιση θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την επίλυση πολλών πρακτικών προβλημάτων που προτείνονται για τους κβαντικούς υπολογιστές.

Ο κβαντικός υπολογισμός παραμένει ένα εκκολαπτόμενο πεδίο με μειονεκτήματα λόγω της δυσκολίας σύνδεσης qubits σε μακριές σειρές λογικών πυλών και διατήρησης της κβαντικής εμπλοκής που απαιτείται για τον υπολογισμό. Η εμπλοκή διασπάται σε μια διαδικασία γνωστή ως αποσυνοχή, καθώς τα μπλεγμένα qubit αρχίζουν να αλληλεπιδρούν με τον κόσμο έξω από το κβαντικό σύστημα του υπολογιστή, εισάγοντας σφάλματα. Αυτό συμβαίνει γρήγορα, περιορίζοντας τον χρόνο υπολογισμού. Η πραγματική διόρθωση σφαλμάτων δεν έχει ακόμη εφαρμοστεί σε κβαντικό υλικό.

Αναφορές Los Alamos Η προσέγγιση υλικού προσφέρει νέο πρότυπο κβαντικής υπολογιστικής - Ανάλυση ειδήσεων Υπολογιστικής Υψηλής Απόδοσης | insideHPC PlatoBlockchain Data Intelligence. Κάθετη αναζήτηση. Ολα συμπεριλαμβάνονται.Η νέα προσέγγιση βασίζεται στη φυσική και όχι στην επαγόμενη εμπλοκή, επομένως απαιτεί λιγότερες συνδέσεις μεταξύ των qubits. Αυτό μειώνει τον αντίκτυπο της αποσυνοχής. Έτσι, τα qubits ζουν για σχετικά μεγάλο χρονικό διάστημα, είπε ο Sinitsyn.

Η θεωρητική εργασία της ομάδας του Los Alamos έδειξε πώς η προσέγγιση θα μπορούσε να λύσει ένα πρόβλημα κατάτμησης αριθμών χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο του Grover ταχύτερα από τους υπάρχοντες κβαντικούς υπολογιστές. Ως ένας από τους πιο γνωστούς κβαντικούς αλγόριθμους, επιτρέπει αδόμητες αναζητήσεις μεγάλων συνόλων δεδομένων που καταβροχθίζουν συμβατικούς υπολογιστικούς πόρους. Για παράδειγμα, είπε ο Sinitsyn, ο αλγόριθμος του Grover μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να μοιράσει το χρόνο εκτέλεσης για εργασίες εξίσου μεταξύ δύο υπολογιστών, ώστε να τελειώνουν ταυτόχρονα, μαζί με άλλες πρακτικές εργασίες. Ο αλγόριθμος είναι κατάλληλος για εξιδανικευμένους κβαντικούς υπολογιστές με διορθώσεις σφαλμάτων, αν και είναι δύσκολο να εφαρμοστεί στις σημερινές μηχανές που είναι επιρρεπείς σε σφάλματα.

Οι κβαντικοί υπολογιστές είναι κατασκευασμένοι για να εκτελούν υπολογισμούς πολύ πιο γρήγορα από ό,τι μπορεί να κάνει οποιαδήποτε κλασική συσκευή, αλλά ήταν εξαιρετικά δύσκολο να πραγματοποιηθούν μέχρι στιγμής, είπε ο Sinitsyn. Ένας συμβατικός κβαντικός υπολογιστής υλοποιεί κβαντικά κυκλώματα — ακολουθίες στοιχειωδών λειτουργιών με διαφορετικά ζεύγη qubits.

Οι θεωρητικοί του Λος Άλαμος πρότειναν μια ενδιαφέρουσα εναλλακτική.

«Παρατηρήσαμε ότι για πολλά διάσημα υπολογιστικά προβλήματα αρκεί να έχουμε ένα κβαντικό σύστημα με στοιχειώδεις αλληλεπιδράσεις, στο οποίο μόνο ένα κβαντικό σπιν - πραγματοποιήσιμο με δύο qubits - αλληλεπιδρά με τα υπόλοιπα υπολογιστικά qubits», είπε ο Sinitsyn. «Στη συνέχεια, ένας μόνο μαγνητικός παλμός που δρα μόνο στο κεντρικό σπιν υλοποιεί το πιο περίπλοκο μέρος του κβαντικού αλγορίθμου του Γκρόβερ». Αυτή η κβαντική λειτουργία, που ονομάζεται χρησμός του Γκρόβερ, δείχνει την επιθυμητή λύση.

«Δεν χρειάζονται άμεσες αλληλεπιδράσεις μεταξύ των υπολογιστικών qubits και δεν απαιτούνται χρονικά εξαρτώμενες αλληλεπιδράσεις με το κεντρικό σπιν στη διαδικασία», είπε. Μόλις ρυθμιστούν οι στατικές συνδέσεις μεταξύ του κεντρικού σπιν και των qubits, ολόκληρος ο υπολογισμός αποτελείται μόνο από την εφαρμογή απλών παλμών εξωτερικού πεδίου που εξαρτώνται από το χρόνο που περιστρέφουν τις περιστροφές, είπε.

Είναι σημαντικό ότι η ομάδα απέδειξε ότι τέτοιες επεμβάσεις μπορούν να γίνουν γρήγορα. Η ομάδα ανακάλυψε επίσης ότι η προσέγγισή τους προστατεύεται τοπολογικά. Δηλαδή, είναι ανθεκτικό έναντι πολλών σφαλμάτων στην ακρίβεια των πεδίων ελέγχου και άλλων φυσικών παραμέτρων ακόμη και χωρίς διόρθωση κβαντικών σφαλμάτων.

Η δημοσίευση: «Τοπολογικά προστάτευσε το μαντείο του Γκρόβερ για το πρόβλημα της διαίρεσης». Φυσική Ανασκόπηση Α. https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.108.022412

Χρηματοδότηση: Department of Energy Office of Science, Office Advanced Scientific Computing Research και το Laboratory Directed Research and Development program στο Los Alamos National Laboratory.

Σφραγίδα ώρας:

Περισσότερα από Μέσα στο HPC