By Kenna Hughes-Castleberry postitatud 24. novembril 2022
Nende hapruse ja müratundlikkuse tõttu kvantarvutid nende laialdasema kasutamiseni on veel pikk tee käia. Selle tehnoloogia arendamise üks peamisi väljakutseid on seotud selle arhitektuuriga. Nagu paljud insenerid on juba leidnud, kubitid Kvantarvutis toimivad samaaegselt nii mäluüksuse kui ka arvutusüksusena. See seab piirangud tehnoloogia võimetele, kuna kvantmälu ei saa kopeerida ja seega ei saa neid klassikalises arvutis salvestada. Selle piirangu tõttu väidavad paljud kvantarendajad, et kvantarvuti kubitid peavad mäluteabe jagamiseks üksteisega paremini suhtlema. Uued uuringud aasta ülikoolist Innsbruck soovitab kvantarvuti jaoks uut arhitektuuri. See arhitektuur, mida nimetatakse teadlaste Wolfgang Lechneri, Phillip Hauke'i ja Peter Zolleri järgi LHZ-arhitektuuriks, on loodud spetsiaalselt optimeerimiseks, kuid võib teha ka paarsustoiminguid ja veaparandusi. Arhitektuur võimaldab neil protsessidel toimuda, kuna füüsilised kubitid on kodeeritud bittidevahelise koordineerimise jaoks, mitte tegelike kubittide endi jaoks.
"LHZ-arhitektuur on kvantarhitektuur, mis võimaldab meil kodeerida kvantarvuti optimeerimisprobleeme viisil, mis ei nõua nende lahendamisel keerulisi pikamaa interaktsioone," selgitas Ph.D. uurija Michael Fellner Lechneri uurimisrühmast. "See erineb tavapärastest lähenemisviisidest, mis nõuavad nende interaktsioonide jaoks sageli suuri väravaressursse. Selle üldkulude vähendamiseks on rakendatud arhitektuur märkimisväärselt seotud. See võimaldab LHZ arhitektuuril teostada paarsusprotsesse. "Selle asemel, et kodeerida iga bitimuutujat otse kvantbitis (qubit), tähistavad LHZ-arhitektuuri kubitid erinevust ("paarsust") kahe või enama elujõulisuse vahel, mis lihtsustab teatud kvantalgoritmide rakendamist," lisas Fellner. Kodeerides kubitid selle paarsusega, väheneb kvantarvutuseks vajalike kubittide arv, mis võimaldab lihtsamat skaleeritavuse ja juurutamise meetodit ning soovitab isegi võimalikku viisi nende masinate mobiilsemaks muutmiseks.
Pariteedi püüdlus
Idee paarsus kvantarvutis pole tegelikult uus. Nagu Fellner selgitas: "Olemasolevad kvantarvutid rakendavad selliseid toiminguid juba väikeses mahus väga hästi. Kuid kuna kubitide arv suureneb, muutub nende väravaoperatsioonide rakendamine üha keerulisemaks. LHZ arhitektuuri kavandamisel kavandasid Innsbrucki teadlased seda võimalikku probleemi, programmeerides oma kubitid teistsugusel viisil kui tavaline kvantarvuti. "Kasutades ära asjaolu, et pariteediarhitektuuri kubitid kodeerivad mitme "standardse" kubiti suhtelist osa, saab see mõningaid kvantoperatsioone lihtsamalt rakendada, " lisas Fellner. "Oma hiljutises töös oleme näidanud, et on võimalik konstrueerida väravate komplekt, mis on universaalne, st võimaldab rakendada mis tahes algoritmi." Seda tüüpi universaalsetel kvantarvutitel on kvantarvutitööstusele suur mõju ja see võib aidata selle arengut kiirendada. "Peale selle," ütles Fellner, "võib ära kasutada kubitide arvu üldkulusid, et tuvastada ja parandada arvutamise käigus tekkida võivaid kvantvigu."
LHZ-arhitektuuri kasutamine veaparanduse leevendamiseks
Müratundlikkuse tõttu võivad kvantarvutid muutuda üsna veaohtlikuks. Vigade parandamise leevendamiseks katsetatakse mitmeid erinevaid meetodeid ja Innsbrucki teadlased usuvad, et LHZ arhitektuur võib selles protsessis aidata. "Kvantvead võib liigitada kahte tüüpi, niinimetatud bitivahetusvead ja faasivahetuse vead," märkis Fellner. LHZ arhitektuur on loodud mõlema parandamiseks. Ühte tüüpi tõrkeid (kas bitivahetust või faasiviga) hoiab ära kasutatud riistvara,“ lisasid Innsbrucki teadlased Annette Messinger ja Killian Ender. "Teist tüüpi tõrkeid saab tuvastada ja parandada tarkvara kaudu." Tugeva veaparandus- ja mastaapsuse meetodiga pole üllatav, kui LHZ-arhitektuuri hakatakse rakendama.
Juba Lechneri ja Magdalena Hauseri poolt asutatud spin-off ettevõte helistas ParityQC, teeb koostööd Innsbrucki ja mujal asuvate teadlastega, et proovida seda uut arhitektuuri kasutada.
Kenna Hughes-Castleberry on Inside Quantum Technology ja JILA teaduskommunikaatori (Colorado Boulderi ülikooli ja NIST-i vaheline partnerlus) kirjanik. Tema kirjutamissageduste hulka kuuluvad süvatehnoloogia, metaversum ja kvanttehnoloogia.
