Los Alamos는 하드웨어 접근 방식이 새로운 양자 컴퓨팅 패러다임을 제시한다고 보고합니다 - 고성능 컴퓨팅 뉴스 분석

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Los Alamos는 하드웨어 접근 방식이 새로운 양자 컴퓨팅 패러다임을 제시한다고 보고합니다 - 고성능 컴퓨팅 뉴스 분석 | insideHPC PlatoBlockchain 데이터 인텔리전스. 수직 검색. 일체 포함.

니콜라이 시니친, 오른쪽

15년 2023월 XNUMX일 — 로스 알라모스트 국립 연구소(Los Alamost National Laboratory)는 오늘 양자 컴퓨팅 하드웨어에 대한 잠재적으로 판도를 바꿀 수 있는 이론적 접근 방식이 양자 컴퓨터에서 발견되는 일부 복잡성을 피할 수 있다고 보고했습니다. 이 전략은 기존 컴퓨터나 기존의 게이트 기반 양자 컴퓨터보다 더 빠르게 다양한 실제 문제를 처리하기 위해 자연스러운 양자 상호 작용에서 알고리즘을 구현한다고 연구소는 말했습니다.

"우리의 발견은 양자 하드웨어에 대한 많은 까다로운 요구 사항을 제거합니다."라고 Los Alamos National Laboratory의 이론 물리학자인 Nikolai Sinitsyn은 말했습니다. 그는 종이 저널 Physical Review A의 접근 방식에 대해. "다이아몬드 결함의 전자 스핀과 같은 자연 시스템은 계산 프로세스에 필요한 정확한 유형의 상호 작용을 가지고 있습니다."

Sinitsyn은 팀이 Los Alamos의 실험 물리학자들과 협력하여 초저온 원자를 사용하는 접근 방식을 시연하기를 희망한다고 말했습니다. 초저온 원자의 현대 기술은 약 40~60 큐비트로 그러한 계산을 시연할 수 있을 만큼 충분히 발전했으며, 이는 현재 고전 또는 이진 계산으로 접근할 수 없는 많은 문제를 해결하기에 충분하다고 그는 말했습니다. 큐비트는 양자 정보의 기본 단위로 친숙한 고전 컴퓨팅의 비트와 유사합니다.

모두 양자 얽힘을 공유해야 하는 많은 큐비트 사이에 복잡한 논리 게이트 시스템을 설정하는 대신, 새로운 전략은 간단한 자기장을 사용하여 자연 시스템에서 전자의 스핀과 같은 큐비트를 회전시킵니다. 스핀 상태의 정확한 진화는 알고리즘을 구현하는 데 필요한 모든 것입니다. Sinitsyn은 이 접근법이 양자 컴퓨터에 대해 제안된 많은 실제 문제를 해결하는 데 사용될 수 있다고 말했습니다.

양자 컴퓨팅은 논리 게이트의 긴 문자열에서 큐비트를 연결하고 계산에 필요한 양자 얽힘을 유지하는 데 어려움이 있는 초기 분야로 남아 있습니다. 얽힌 큐비트가 컴퓨터의 양자 시스템 외부 세계와 상호 작용하기 시작하여 오류가 발생함에 따라 얽힘은 디코히어런스(decoherence)로 알려진 프로세스에서 분해됩니다. 이는 빠르게 발생하여 계산 시간을 제한합니다. 진정한 오류 수정은 양자 하드웨어에서 아직 구현되지 않았습니다.

Los Alamos는 하드웨어 접근 방식이 새로운 양자 컴퓨팅 패러다임을 제시한다고 보고합니다 - 고성능 컴퓨팅 뉴스 분석 | insideHPC PlatoBlockchain 데이터 인텔리전스. 수직 검색. 일체 포함. 새로운 접근 방식은 유도된 얽힘이 아닌 자연스러운 얽힘에 의존하므로 큐비트 간의 연결이 더 적게 필요합니다. 이는 결 어긋남의 영향을 줄입니다. 따라서 큐비트는 비교적 오래 산다고 Sinitsyn은 말했습니다.

Los Alamos 팀의 이론 논문은 이 접근 방식이 기존 양자 컴퓨터보다 빠르게 Grover의 알고리즘을 사용하여 숫자 분할 문제를 해결할 수 있는 방법을 보여주었습니다. 가장 잘 알려진 양자 알고리즘 중 하나인 이 알고리즘은 기존 컴퓨팅 리소스를 잡아먹는 대규모 데이터 세트의 구조화되지 않은 검색을 허용합니다. 예를 들어 Sinitsyn은 Grover의 알고리즘을 사용하여 두 대의 컴퓨터 간에 작업 런타임을 균등하게 분배하여 다른 실제 작업과 함께 동시에 완료할 수 있다고 말했습니다. 이 알고리즘은 이상적이고 오류가 수정된 양자 컴퓨터에 적합하지만 오늘날의 오류가 발생하기 쉬운 기계에서는 구현하기 어렵습니다.

양자 컴퓨터는 기존 장치보다 훨씬 빠르게 계산을 수행하도록 제작되었지만 지금까지 구현하기가 매우 어려웠다고 Sinitsyn은 말했습니다. 기존의 양자 컴퓨터는 서로 다른 큐비트 쌍을 사용하는 기본 작업 시퀀스인 양자 회로를 구현합니다.

Los Alamos 이론가들은 흥미로운 대안을 제안했습니다.

Sinitsyn은 "우리는 많은 유명한 계산 문제의 경우 두 개의 큐비트로 실현 가능한 단일 양자 스핀만이 나머지 계산 큐비트와 상호 작용하는 기본적인 상호 작용이 있는 양자 시스템을 갖추는 것으로 충분하다는 것을 알아냈습니다."라고 말했습니다. "그러면 중앙 스핀에만 작용하는 단일 자기 펄스가 양자 그로버 알고리즘의 가장 복잡한 부분을 구현합니다." Grover의 오라클이라고 하는 이 양자 작업은 원하는 솔루션을 가리킵니다.

"계산 큐비트 사이의 직접적인 상호작용이 없고 중앙 스핀과의 시간에 따른 상호작용이 프로세스에서 필요하지 않습니다."라고 그는 말했습니다. 중앙 스핀과 큐비트 사이의 정적 결합이 설정되면 전체 계산은 스핀을 회전시키는 간단한 시간 종속 외부 필드 펄스를 적용하는 것으로만 구성됩니다.

중요한 것은 팀이 이러한 작업을 빠르게 수행할 수 있음을 입증한 것입니다. 팀은 또한 그들의 접근 방식이 위상적으로 보호된다는 것을 발견했습니다. 즉, 양자 오류 수정 없이도 제어 필드의 정밀도 및 기타 물리적 매개 변수의 많은 오류에 대해 견고합니다.

논문: "분할 문제에 대해 위상적으로 보호된 Grover의 신탁." 물리적 검토 A. https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.108.022412

자금 지원: Los Alamos 국립 연구소의 에너지부 과학실, 고급 과학 컴퓨팅 연구실 및 연구소 주도 연구 개발 프로그램.