Los Alamos poroča, da strojni pristop ponuja novo paradigmo kvantnega računalništva – Analiza novic o visokozmogljivem računalniškem | znotraj HPC

Nikolaj Sinicin, desno

15. avgust 2023 — Nacionalni laboratorij Los Alamost je danes poročal, da se teoretični pristop k kvantni računalniški strojni opremi, ki bi lahko spremenil igro, izogiba nekaterim kompleksnostim, ki jih najdemo v kvantnih računalnikih. Strategija izvaja algoritem v naravnih kvantnih interakcijah za obdelavo različnih problemov iz resničnega sveta hitreje, kot lahko klasični računalniki ali običajni kvantni računalniki, ki temeljijo na vratih, so sporočili iz laboratorija.

"Naša ugotovitev odpravlja številne zahtevne zahteve za kvantno strojno opremo," je dejal Nikolai Sinitsyn, teoretični fizik v Los Alamos National Laboratory. Je soavtor a papirja o pristopu v reviji Physical Review A. "Naravni sistemi, kot so elektronski vrtljaji napak v diamantu, imajo natanko takšno vrsto interakcij, ki so potrebne za naš računski proces."

Sinitsyn je dejal, da ekipa upa, da bo sodelovala z eksperimentalnimi fiziki v Los Alamosu, da bi prikazali svoj pristop z uporabo ultra-hladnih atomov. Sodobne tehnologije v ultrahladnih atomih so dovolj napredne, da prikažejo takšne izračune s približno 40 do 60 kubiti, je dejal, kar je dovolj za rešitev številnih problemov, ki trenutno niso dostopni s klasičnim ali binarnim računanjem. Qubit je osnovna enota kvantne informacije, analogna bitu v znanem klasičnem računalništvu.

Namesto vzpostavitve zapletenega sistema logičnih vrat med številnimi kubiti, ki morajo imeti skupno kvantno prepletenost, nova strategija uporablja preprosto magnetno polje za vrtenje kubitov, kot so vrtljaji elektronov, v naravnem sistemu. Natančna evolucija vrtilnih stanj je vse, kar je potrebno za implementacijo algoritma. Sinitsyn je dejal, da bi lahko pristop uporabili za reševanje številnih praktičnih problemov, predlaganih za kvantne računalnike.

Kvantno računalništvo ostaja nastajajoče področje, ki ga ovirajo težave pri povezovanju kubitov v dolgih nizih logičnih vrat in ohranjanju kvantne prepletenosti, potrebne za računanje. Zapletenost se pokvari v procesu, znanem kot dekoherenca, ko zapleteni kubiti začnejo komunicirati s svetom zunaj kvantnega sistema računalnika, kar povzroča napake. To se zgodi hitro in omeji čas izračuna. Pravo odpravljanje napak še ni bilo implementirano na kvantni strojni opremi.

Novi pristop se opira na naravno in ne na inducirano prepletenost, zato zahteva manj povezav med kubiti. To zmanjša vpliv dekoherence. Tako kubiti živijo relativno dolgo, je dejal Sinitsyn.

Teoretični dokument ekipe Los Alamos je pokazal, kako bi pristop lahko rešil problem razdelitve števila z uporabo Groverjevega algoritma hitreje kot obstoječi kvantni računalniki. Kot eden najbolj znanih kvantnih algoritmov omogoča nestrukturirana iskanja velikih nizov podatkov, ki požirajo običajne računalniške vire. Sinitsyn je na primer dejal, da se lahko Groverjev algoritem uporabi za enakomerno porazdelitev izvajalnega časa za naloge med dvema računalnikoma, tako da končajo ob istem času, skupaj z drugimi praktičnimi opravili. Algoritem je zelo primeren za idealizirane kvantne računalnike s popravljenimi napakami, čeprav ga je težko implementirati na današnjih strojih, ki so nagnjeni k napakam.

Kvantni računalniki so zgrajeni za izvajanje izračunov veliko hitreje kot katera koli klasična naprava, vendar jih je bilo doslej izjemno težko uresničiti, je dejal Sinitsyn. Običajni kvantni računalnik izvaja kvantna vezja - zaporedja elementarnih operacij z različnimi pari kubitov.

Teoretiki Los Alamosa so predlagali zanimivo alternativo.

"Opazili smo, da je za številne znane računalniške probleme dovolj, da imamo kvantni sistem z elementarnimi interakcijami, v katerem samo en sam kvantni vrtljaj - izvedljiv z dvema kubitoma - sodeluje s preostalimi računalniškimi kubiti," je dejal Sinitsyn. "Potem en sam magnetni impulz, ki deluje samo na osrednji vrtljaj, izvaja najbolj zapleten del kvantnega Groverjevega algoritma." Ta kvantna operacija, imenovana Groverjev orakelj, kaže na želeno rešitev.

"V procesu niso potrebne neposredne interakcije med računalniškimi kubiti in nobene od časa odvisne interakcije z osrednjim vrtenjem," je dejal. Ko so statične povezave med osrednjim vrtenjem in kubiti nastavljene, je celoten izračun sestavljen le iz uporabe enostavnih časovno odvisnih impulzov zunanjega polja, ki vrtijo vrtljaje, je dejal.

Pomembno je, da je ekipa dokazala, da je takšne operacije mogoče izvesti hitro. Ekipa je tudi odkrila, da je njihov pristop topološko zaščiten. To pomeni, da je robusten proti številnim napakam v natančnosti kontrolnih polj in drugih fizičnih parametrov tudi brez kvantne korekcije napak.

Prispevek: "Topološko zaščiten Groverjev orakelj za problem particije." Fizični pregled A. https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.108.022412

Financiranje: Urad za znanost Ministrstva za energijo, Urad za napredne znanstvene računalniške raziskave in laboratorijsko usmerjen raziskovalni in razvojni program pri Nacionalnem laboratoriju Los Alamos.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Avtomobili/EV, Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• ChartPrime. Izboljšajte svojo igro trgovanja s ChartPrime. Dostopite tukaj.
• BlockOffsets. Posodobitev okoljskega offset lastništva. Dostopite tukaj.
• vir: https://insidehpc.com/2023/08/los-alamos-reports-hardware-approach-offers-new-quantum-computing-paradigm/