Лос-Аламос сообщает, что аппаратный подход предлагает новую парадигму квантовых вычислений — анализ новостей о высокопроизводительных вычислениях | внутриHPC

Лос-Аламос сообщает, что аппаратный подход предлагает новую парадигму квантовых вычислений – анализ новостей о высокопроизводительных вычислениях | внутриHPC

Отметка времени: 15 августа 2023 г., 3:30
Лос-Аламос сообщает, что аппаратный подход предлагает новую парадигму квантовых вычислений - Анализ новостей высокопроизводительных вычислений | внутриHPC PlatoBlockchain Data Intelligence. Вертикальный поиск. Ай.

Николай Синицын (справа)

15 августа 2023 г. — Лос-Аламостская национальная лаборатория сообщила сегодня, что потенциально революционный теоретический подход к аппаратному обеспечению квантовых вычислений позволяет избежать некоторых сложностей, присущих квантовым компьютерам. Стратегия реализует алгоритм естественных квантовых взаимодействий для решения множества реальных проблем быстрее, чем это могут сделать классические компьютеры или обычные квантовые компьютеры на основе вентилей, говорится в сообщении лаборатории.

«Наше открытие устраняет многие сложные требования к квантовому оборудованию», — сказал Николай Синицын, физик-теоретик из Лос-Аламосской национальной лаборатории. Он является соавтором бумаги о подходе в журнале Physical Review A. «Природные системы, такие как электронные спины дефектов в алмазе, имеют именно тот тип взаимодействий, который необходим для нашего вычислительного процесса».

Синицын сказал, что команда надеется сотрудничать с физиками-экспериментаторами из Лос-Аламоса, чтобы продемонстрировать свой подход с использованием ультрахолодных атомов. По его словам, современные технологии в ультрахолодных атомах достаточно развиты, чтобы продемонстрировать такие вычисления с использованием от 40 до 60 кубитов, что достаточно для решения многих проблем, недоступных в настоящее время с помощью классических или бинарных вычислений. Кубит — это основная единица квантовой информации, аналогичная биту в знакомых нам классических вычислениях.

Вместо того, чтобы создавать сложную систему логических вентилей среди множества кубитов, которые должны иметь общую квантовую запутанность, новая стратегия использует простое магнитное поле для вращения кубитов, таких как спины электронов, в естественной системе. Точная эволюция спиновых состояний — это все, что нужно для реализации алгоритма. Синицын сказал, что этот подход может быть использован для решения многих практических задач, предлагаемых для квантовых компьютеров.

Квантовые вычисления остаются зарождающейся областью, сдерживаемой сложностью соединения кубитов в длинные цепочки логических элементов и поддержания квантовой запутанности, необходимой для вычислений. Запутанность разрушается в процессе, известном как декогеренция, поскольку запутанные кубиты начинают взаимодействовать с миром за пределами квантовой системы компьютера, внося ошибки. Это происходит быстро, что ограничивает время вычислений. Настоящая коррекция ошибок еще не реализована на квантовом оборудовании.

Лос-Аламос сообщает, что аппаратный подход предлагает новую парадигму квантовых вычислений - Анализ новостей высокопроизводительных вычислений | внутриHPC PlatoBlockchain Data Intelligence. Вертикальный поиск. Ай.Новый подход основан на естественной, а не индуцированной запутанности, поэтому он требует меньше соединений между кубитами. Это снижает влияние декогеренции. Таким образом, кубиты живут относительно долго, сказал Синицын.

Теоретическая работа команды из Лос-Аламоса показала, как этот подход может решить проблему разделения чисел с использованием алгоритма Гровера быстрее, чем существующие квантовые компьютеры. Как один из самых известных квантовых алгоритмов, он позволяет осуществлять неструктурированный поиск в больших наборах данных, которые поглощают обычные вычислительные ресурсы. Например, сказал Синицын, алгоритм Гровера можно использовать для распределения времени выполнения задач поровну между двумя компьютерами, чтобы они заканчивались одновременно с другими практическими задачами. Алгоритм хорошо подходит для идеализированных квантовых компьютеров с исправлением ошибок, хотя его трудно реализовать на современных машинах, подверженных ошибкам.

По словам Синицына, квантовые компьютеры созданы для выполнения вычислений намного быстрее, чем любое классическое устройство, но до сих пор их было чрезвычайно сложно реализовать. Обычный квантовый компьютер реализует квантовые схемы — последовательности элементарных операций с разными парами кубитов.

Лос-аламосские теоретики предложили интригующую альтернативу.

«Мы заметили, что для многих известных вычислительных задач достаточно иметь квантовую систему с элементарными взаимодействиями, в которой только один квантовый спин — реализуемый двумя кубитами — взаимодействует с остальными вычислительными кубитами», — сказал Синицын. «Тогда один магнитный импульс, который действует только на центральный спин, реализует наиболее сложную часть квантового алгоритма Гровера». Эта квантовая операция, называемая оракулом Гровера, указывает на желаемое решение.

«В этом процессе не требуется никаких прямых взаимодействий между вычислительными кубитами и зависимых от времени взаимодействий с центральным спином», — сказал он. По его словам, как только статическая связь между центральным спином и кубитами установлена, все вычисления состоят только из применения простых импульсов внешнего поля, зависящих от времени, которые вращают спины.

Важно отметить, что команда доказала, что такие операции можно делать быстро. Команда также обнаружила, что их подход топологически защищен. То есть он устойчив ко многим ошибкам в точности управляющих полей и других физических параметров даже без квантовой коррекции ошибок.

Статья: «Топологически защищенный оракул Гровера для задачи о разбиении». Физический обзор А. https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.108.022412

Финансирование: Управление по науке Министерства энергетики, Управление передовых научных компьютерных исследований и программа исследований и разработок под руководством лаборатории в Лос-Аламосской национальной лаборатории.

Отметка времени:

Больше от Внутри HPC