Los Alamos rapporterar hårdvarumetod erbjuder nytt kvantberäkningsparadigm - Nyhetsanalys av högpresterande datorer | inuti HPC

Los Alamos rapporterar hårdvarumetoden erbjuder ett nytt kvantberäkningsparadigm – Nyhetsanalys av högpresterande datorer | inuti HPC

Tidsstämpel: 15 augusti 2023 3:30
Los Alamos rapporterar hårdvarutillvägagångssätt erbjuder nytt kvantberäkningsparadigm - Nyhetsanalys av högpresterande datorer | inuti HPC PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikal sökning. Ai.

Nikolai Sinitsyn, till höger

15 augusti 2023 – Los Alamost National Laboratory rapporterade idag att en potentiellt spelförändrande teoretisk metod för kvantberäkningshårdvara undviker en del av den komplexitet som finns i kvantdatorer. Strategin implementerar en algoritm i naturliga kvantinteraktioner för att bearbeta en mängd olika verkliga problem snabbare än klassiska datorer eller konventionella gate-baserade kvantdatorer kan, sa labbet.

"Vårt fynd eliminerar många utmanande krav för kvanthårdvara", säger Nikolai Sinitsyn, en teoretisk fysiker vid Los Alamos National Laboratory. Han är medförfattare till a papper om tillvägagångssättet i tidskriften Physical Review A. "Naturliga system, såsom elektroniska spinn av defekter i diamant, har precis den typ av interaktioner som behövs för vår beräkningsprocess."

Sinitsyn sa att laget hoppas kunna samarbeta med experimentella fysiker vid Los Alamos för att demonstrera deras tillvägagångssätt med ultrakalla atomer. Modern teknik för ultrakalla atomer är tillräckligt avancerad för att demonstrera sådana beräkningar med cirka 40 till 60 qubits, sade han, vilket är tillräckligt för att lösa många problem som för närvarande inte är tillgängliga med klassisk eller binär beräkning. En qubit är den grundläggande enheten för kvantinformation, analogt med en bit i bekant klassisk datoranvändning.

Istället för att sätta upp ett komplext system av logiska grindar bland ett antal qubits som alla måste dela quantum intrassling, använder den nya strategin ett enkelt magnetfält för att rotera qubits, såsom elektronernas spinn, i ett naturligt system. Den exakta utvecklingen av spin-tillstånden är allt som behövs för att implementera algoritmen. Sinitsyn sa att tillvägagångssättet skulle kunna användas för att lösa många praktiska problem som föreslagits för kvantdatorer.

Kvantberäkning förblir ett begynnande fält som är handikappat av svårigheten att koppla samman qubits i långa strängar av logiska grindar och bibehålla den kvantintrassling som krävs för beräkning. Entanglement bryts ner i en process som kallas dekoherens, eftersom de intrasslade qubits börjar interagera med världen utanför datorns kvantsystem, vilket introducerar fel. Det sker snabbt, vilket begränsar beräkningstiden. Sann felkorrigering har ännu inte implementerats på kvanthårdvara.

Los Alamos rapporterar hårdvarutillvägagångssätt erbjuder nytt kvantberäkningsparadigm - Nyhetsanalys av högpresterande datorer | inuti HPC PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikal sökning. Ai.Det nya tillvägagångssättet bygger på naturlig snarare än inducerad intrassling, så det kräver färre kopplingar mellan qubits. Det minskar effekten av dekoherens. Således lever qubitarna relativt länge, sa Sinitsyn.

Los Alamos-teamets teoretiska papper visade hur tillvägagångssättet kunde lösa ett nummeruppdelningsproblem med hjälp av Grovers algoritm snabbare än befintliga kvantdatorer. Som en av de mest kända kvantalgoritmerna tillåter den ostrukturerade sökningar av stora datamängder som slukar konventionella datorresurser. Till exempel, sa Sinitsyn, kan Grovers algoritm användas för att dela upp körtiden för uppgifter lika mellan två datorer, så att de avslutas samtidigt, tillsammans med andra praktiska jobb. Algoritmen lämpar sig väl för idealiserade, felkorrigerade kvantdatorer, även om den är svår att implementera på dagens felbenägna maskiner.

Kvantdatorer är byggda för att utföra beräkningar mycket snabbare än någon klassisk enhet kan göra, men de har varit extremt svåra att förverkliga hittills, sa Sinitsyn. En konventionell kvantdator implementerar kvantkretsar - sekvenser av elementära operationer med olika par av kvantbitar.

Los Alamos teoretiker föreslog ett spännande alternativ.

"Vi märkte att för många kända beräkningsproblem är det tillräckligt att ha ett kvantsystem med elementära interaktioner, där bara ett enda kvantsnurr - realiserbart med två qubits - interagerar med resten av beräkningskvantbitarna," sa Sinitsyn. "Då implementerar en enda magnetisk puls som bara verkar på det centrala spinnet den mest komplexa delen av kvant Grovers algoritm." Kallas Grovers orakel, denna kvantoperation pekar på den önskade lösningen.

"Inga direkta interaktioner mellan beräkningskvbitarna och inga tidsberoende interaktioner med det centrala spinnet behövs i processen," sa han. När de statiska kopplingarna mellan det centrala spinnet och qubits är inställda, består hela beräkningen endast av att applicera enkla tidsberoende externa fältpulser som roterar spinnen, sa han.

Viktigt är att teamet bevisade att sådana operationer kan göras snabbt. Teamet upptäckte också att deras tillvägagångssätt är topologiskt skyddat. Det vill säga, den är robust mot många fel i precisionen hos kontrollfälten och andra fysiska parametrar även utan kvantfelskorrigering.

Tidningen: "Topologiskt skyddade Grovers orakel för partitionsproblemet." Fysisk granskning A. https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.108.022412

Finansiering: Department of Energy Office of Science, Office of Advanced Scientific Computing Research och Laboratory Directed Research and Development-programmet vid Los Alamos National Laboratory.

Tidsstämpel:

Mer från Inuti HPC