Los Alamos รายงานแนวทางฮาร์ดแวร์นำเสนอกระบวนทัศน์คอมพิวเตอร์ควอนตัมใหม่ – การวิเคราะห์ข่าวคอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูง | ข่าว ภายใน HPC

นิโคไล ซินิทซิน (ขวา)

Aug. 15, 2023 — Los Alamost National Laboratory reported today that a potentially game-changing theoretical approach to quantum computing hardware avoids some of the complexity found in quantum computers. The strategy implements an algorithm in natural quantum interactions to process a variety of real-world problems faster than classical computers or conventional gate-based quantum computers can, the lab said.

“Our finding eliminates many challenging requirements for quantum hardware,” said Nikolai Sinitsyn, a theoretical physicist at Los Alamos National Laboratory. He is coauthor of a กระดาษ on the approach in the journal Physical Review A. “Natural systems, such as the electronic spins of defects in diamond, have precisely the type of interactions needed for our computation process.”

Sinitsyn said the team hopes to collaborate with experimental physicists at Los Alamos to demonstrate their approach using ultra-cold atoms. Modern technologies in ultracold atoms are sufficiently advanced to demonstrate such computations with about 40 to 60 qubits, he said, which is enough to solve many problems not currently accessible by classical, or binary, computation. A qubit is the basic unit of quantum information, analogous to a bit in familiar classical computing.

แทนที่จะตั้งค่าระบบลอจิกเกตที่ซับซ้อนท่ามกลางจำนวนของคิวบิตที่ทั้งหมดต้องมีส่วนร่วมในควอนตัมพัวพัน กลยุทธ์ใหม่นี้ใช้สนามแม่เหล็กอย่างง่ายเพื่อหมุนคิวบิต เช่น การหมุนของอิเล็กตรอนในระบบธรรมชาติ วิวัฒนาการที่แม่นยำของสถานะการหมุนคือทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการนำอัลกอริทึมไปใช้ Sinitsyn กล่าวว่าวิธีการนี้สามารถใช้เพื่อแก้ปัญหาเชิงปฏิบัติมากมายที่เสนอสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัม

การคำนวณด้วยควอนตัมยังคงเป็นส่วนที่พิการเนื่องจากความยากลำบากในการเชื่อมต่อ qubits ในสตริงยาวของลอจิกเกตและการรักษาความยุ่งเหยิงของควอนตัมที่จำเป็นสำหรับการคำนวณ สิ่งพัวพันพังทลายลงในกระบวนการที่เรียกว่าการคลายตัว เนื่องจาก qubits ที่พันกันนั้นเริ่มมีปฏิสัมพันธ์กับโลกนอกระบบควอนตัมของคอมพิวเตอร์ ทำให้เกิดข้อผิดพลาด ที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วจำกัดเวลาในการคำนวณ ยังไม่มีการนำการแก้ไขข้อผิดพลาดที่แท้จริงมาใช้กับฮาร์ดแวร์ควอนตัม

The new approach relies on natural rather than induced entanglement, so it requires fewer connections among qubits. That reduces the impact of decoherence. Thus, the qubits live for a relatively a long time, Sinitsyn said.

บทความทางทฤษฎีของทีม Los Alamos แสดงให้เห็นว่าวิธีการนี้สามารถแก้ไขปัญหาการแบ่งพาร์ติชันโดยใช้อัลกอริทึมของ Grover ได้เร็วกว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีอยู่ได้อย่างไร เนื่องจากเป็นหนึ่งในอัลกอริธึมควอนตัมที่รู้จักกันดีที่สุด ช่วยให้สามารถค้นหาชุดข้อมูลขนาดใหญ่ที่ไม่มีโครงสร้างซึ่งจะกลืนกินทรัพยากรการประมวลผลแบบเดิมๆ ตัวอย่างเช่น Sinitsyn กล่าวว่าอัลกอริธึมของ Grover สามารถใช้เพื่อแบ่งรันไทม์สำหรับงานระหว่างคอมพิวเตอร์สองเครื่องเท่าๆ กัน เพื่อให้งานเสร็จพร้อมกันพร้อมกับงานภาคปฏิบัติอื่นๆ อัลกอริธึมนี้เหมาะอย่างยิ่งกับคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีอุดมคติและแก้ไขข้อผิดพลาด แม้ว่าจะเป็นเรื่องยากที่จะนำไปใช้กับเครื่องที่มีแนวโน้มว่าจะเกิดข้อผิดพลาดได้ง่ายในปัจจุบันก็ตาม

Quantum computers are built to perform computations much faster than any classical device can do, but they have been extremely hard to realize so far, Sinitsyn said. A conventional quantum computer implements quantum circuits — sequences of elementary operations with different pairs of qubits.

นักทฤษฎี Los Alamos เสนอทางเลือกที่น่าสนใจ

“We noticed that for many famous computational problems it is sufficient to have a quantum system with elementary interactions, in which only a single quantum spin — realizable with two qubits — interacts with the rest of the computational qubits,” Sinitsyn said. “Then a single magnetic pulse that acts only on the central spin implements the most complex part of the quantum Grover’s algorithm.” Called the Grover’s oracle, this quantum operation points to the desired solution.

"ไม่มีปฏิสัมพันธ์โดยตรงระหว่าง qubits ของคอมพิวเตอร์และไม่จำเป็นต้องมีการโต้ตอบที่ขึ้นกับเวลากับสปินกลางในกระบวนการนี้" เขากล่าว เมื่อตั้งค่าสแตติกคัปปลิ้งระหว่างสปินกลางและคิวบิตแล้ว การคำนวณทั้งหมดประกอบด้วยการใช้พัลส์สนามภายนอกที่ขึ้นกับเวลาอย่างง่ายที่หมุนสปินเท่านั้น เขากล่าว

ที่สำคัญทีมงานได้พิสูจน์แล้วว่าการดำเนินการดังกล่าวสามารถทำได้อย่างรวดเร็ว ทีมงานยังได้ค้นพบว่าวิธีการของพวกเขาได้รับการปกป้องด้วยทอพอโลยี นั่นคือทนทานต่อข้อผิดพลาดจำนวนมากในด้านความแม่นยำของฟิลด์ควบคุมและพารามิเตอร์ทางกายภาพอื่นๆ แม้ว่าจะไม่มีการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมก็ตาม

The paper: “Topologically protected Grover’s oracle for the partition problem.” Physical Review A. https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.108.022412

Funding: Department of Energy Office of Science, Office of Advanced Scientific Computing Research and the Laboratory Directed Research and Development program at Los Alamos National Laboratory.

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai เพิ่มพลังให้กับตัวเอง เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตไอสตรีม. Web3 อัจฉริยะ ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตESG. ยานยนต์ / EVs, คาร์บอน, คลีนเทค, พลังงาน, สิ่งแวดล้อม แสงอาทิตย์, การจัดการของเสีย. เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตสุขภาพ เทคโนโลยีชีวภาพและข่าวกรองการทดลองทางคลินิก เข้าถึงได้ที่นี่.
• ChartPrime. ยกระดับเกมการซื้อขายของคุณด้วย ChartPrime เข้าถึงได้ที่นี่.
• BlockOffsets การปรับปรุงการเป็นเจ้าของออฟเซ็ตด้านสิ่งแวดล้อมให้ทันสมัย เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://insidehpc.com/2023/08/los-alamos-reports-hardware-approach-offers-new-quantum-computing-paradigm/