Los Alamos raportează că abordarea hardware oferă un nou paradigmă de calcul cuantic – analiză de știri de calcul de înaltă performanță | în interiorul HPC

Nikolai Sinitsyn, în dreapta

15 august 2023 — Laboratorul Național Los Alamost a raportat astăzi că o abordare teoretică cu potențial schimbare a jocului a hardware-ului de calcul cuantic evită o parte din complexitatea găsită în computerele cuantice. Strategia implementează un algoritm în interacțiunile cuantice naturale pentru a procesa o varietate de probleme din lumea reală mai rapid decât pot calcula computerele clasice sau computerele cuantice convenționale bazate pe porți, a spus laboratorul.

„Descoperirea noastră elimină multe cerințe provocatoare pentru hardware-ul cuantic”, a spus Nikolai Sinitsyn, un fizician teoretician la Laboratorul Național Los Alamos. Este coautor al unui hârtie despre abordarea din revista Physical Review A. „Sistemele naturale, cum ar fi rotirile electronice ale defectelor din diamant, au exact tipul de interacțiuni necesare procesului nostru de calcul.”

Sinitsyn a spus că echipa speră să colaboreze cu fizicienii experimentali de la Los Alamos pentru a-și demonstra abordarea folosind atomi ultra-reci. Tehnologiile moderne în atomii ultrareci sunt suficient de avansate pentru a demonstra astfel de calcule cu aproximativ 40 până la 60 de qubiți, a spus el, ceea ce este suficient pentru a rezolva multe probleme care nu sunt accesibile în prezent prin calcul clasic sau binar. Un qubit este unitatea de bază a informațiilor cuantice, analog cu un bit din calculul clasic familiar.

În loc să creeze un sistem complex de porți logice între un număr de qubiți care trebuie să împărtășească toți întanglementul cuantic, noua strategie folosește un câmp magnetic simplu pentru a roti qubiții, cum ar fi spinii electronilor, într-un sistem natural. Evoluția precisă a stărilor de spin este tot ceea ce este necesar pentru implementarea algoritmului. Sinitsyn a spus că abordarea ar putea fi folosită pentru a rezolva multe probleme practice propuse pentru calculatoarele cuantice.

Calculul cuantic rămâne un domeniu în curs de dezvoltare, handicapat de dificultatea de a conecta qubiți în șiruri lungi de porți logice și de a menține întricarea cuantică necesară pentru calcul. Încurcarea se descompune într-un proces cunoscut sub numele de decoerență, pe măsură ce qubiții încâlciți încep să interacționeze cu lumea din afara sistemului cuantic al computerului, introducând erori. Acest lucru se întâmplă rapid, limitând timpul de calcul. Corecția adevărată a erorilor nu a fost încă implementată pe hardware-ul cuantic.

Noua abordare se bazează mai degrabă pe încurcarea naturală decât pe cea indusă, deci necesită mai puține conexiuni între qubiți. Aceasta reduce impactul decoerenței. Astfel, qubiții trăiesc o perioadă relativ lungă de timp, a spus Sinitsyn.

Lucrarea teoretică a echipei Los Alamos a arătat cum abordarea ar putea rezolva o problemă de partiționare a numerelor folosind algoritmul lui Grover mai rapid decât calculatoarele cuantice existente. Fiind unul dintre cei mai cunoscuți algoritmi cuantici, permite căutări nestructurate ale seturi de date mari care înghitează resursele de calcul convenționale. De exemplu, a spus Sinitsyn, algoritmul lui Grover poate fi folosit pentru a împărți timpul de execuție pentru sarcini în mod egal între două computere, astfel încât acestea să termine în același timp, împreună cu alte sarcini practice. Algoritmul este potrivit pentru calculatoarele cuantice idealizate, corectate de erori, deși este dificil de implementat pe mașinile actuale predispuse la erori.

Calculatoarele cuantice sunt construite pentru a efectua calcule mult mai rapid decât poate face orice dispozitiv clasic, dar au fost extrem de greu de realizat până acum, a spus Sinitsyn. Un computer cuantic convențional implementează circuite cuantice - secvențe de operații elementare cu diferite perechi de qubiți.

Teoreticienii din Los Alamos au propus o alternativă intrigantă.

„Am observat că pentru multe probleme de calcul celebre este suficient să existe un sistem cuantic cu interacțiuni elementare, în care doar un singur spin cuantic – realizabil cu doi qubiți – interacționează cu restul qubiților de calcul”, a spus Sinitsyn. „Atunci, un singur impuls magnetic care acționează numai asupra spinului central implementează cea mai complexă parte a algoritmului cuantic Grover.” Numită oracolul lui Grover, această operație cuantică indică soluția dorită.

„Nu sunt necesare interacțiuni directe între qubiții de calcul și nici interacțiuni dependente de timp cu spinul central în acest proces”, a spus el. Odată ce cuplările statice dintre spinul central și qubiți sunt setate, întregul calcul constă doar în aplicarea unor impulsuri de câmp extern simple, dependente de timp, care rotesc spinurile, a spus el.

Important este că echipa a demonstrat că astfel de operațiuni se pot face rapid. Echipa a descoperit, de asemenea, că abordarea lor este protejată topologic. Adică, este robust împotriva multor erori în precizia câmpurilor de control și a altor parametri fizici chiar și fără corecția cuantică a erorilor.

Lucrarea: „A protejat topologic oracolul lui Grover pentru problema partiției”. Analiza fizică A. https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.108.022412

Finanțare: Departamentul de Energie Biroul de Știință, Biroul de Cercetare în Calcul Științific Avansat și programul de cercetare și dezvoltare direcționat de laborator la Laboratorul Național Los Alamos.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. Automobile/VE-uri, carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• ChartPrime. Crește-ți jocul de tranzacționare cu ChartPrime. Accesați Aici.
• BlockOffsets. Modernizarea proprietății de compensare a mediului. Accesați Aici.
• Sursa: https://insidehpc.com/2023/08/los-alamos-reports-hardware-approach-offers-new-quantum-computing-paradigm/