By Kenna Hughes-Castleberry 24 Kas 2022'de yayınlandı
Kırılgan olmaları ve gürültüye karşı hassas olmaları nedeniyle, kuantum bilgisayarlar daha yaygın olarak kullanılmaları için daha kat etmeleri gereken çok yol var. Bu teknolojiyi geliştirmedeki ana zorluklardan biri, mimarisiyle ilgilidir. Birçok mühendisin zaten bulduğu gibi, qubits Kuantum bilgisayar içinde aynı anda hem bellek birimi hem de bilgi işlem birimi olarak işlev görür. Kuantum bellekler kopyalanamadığı ve dolayısıyla klasik bir bilgisayarda depolanamadığı için bu, teknolojinin yapabilecekleri konusunda sınırlar yaratır. Bu sınırlama nedeniyle, birçok kuantum geliştiricisi, bir kuantum bilgisayardaki kübitlerin bellek bilgilerini paylaşmak için birbirleriyle daha iyi etkileşime girmesi gerektiğini öne sürüyor. Yeni araştırmalar Üniversitesi'nden Innsbruck kuantum bilgisayar için yeni bir mimari önerir. Araştırmacılar Wolfgang Lechner, Phillip Hauke ve Peter Zoller'den sonra LHZ mimarisi olarak adlandırılan bu mimari, özellikle optimizasyon için tasarlanmıştır ancak aynı zamanda parite işlemleri ve hata düzeltme işlemlerini de gerçekleştirebilir. Fiziksel kübitler, gerçek kübitlerin kendileri yerine bitler arasındaki koordinasyon için kodlandığından, mimari bu süreçlerin gerçekleşmesine izin verir.
Ph.D, "LHZ mimarisi, bir kuantum bilgisayar için optimizasyon problemlerini çözerken zorlu uzun menzilli etkileşimler gerektirmeyecek şekilde kodlamamıza izin veren bir kuantum mimarisidir" dedi. araştırmacı Michael Fellner Lechner'ın araştırma grubundan. "Bu, genellikle bu etkileşimler için kapı kaynaklarında büyük bir ek yük gerektiren geleneksel yaklaşımlardan farklıdır. Bu ek yükü azaltmak için, uygulanan mimari önemli ölçüde eşleştirilir. Bu, LHZ mimarisinin eşlik işlemlerini gerçekleştirmesine izin verir. Fellner, "Her bit değişkenini doğrudan bir kuantum bitine (qubit) kodlamak yerine, LHZ mimarisindeki kübitler, iki veya daha fazla canlı arasındaki farkı ("eşlik") temsil eder, bu da belirli kuantum algoritmalarının uygulanmasını basitleştirir." Qubitlerin bu parite ile kodlanmasıyla kuantum hesaplama için gerekli olan qubit sayısı azalır, bu da ölçeklenebilirlik ve uygulamalar için daha kolay bir yöntem sağlar ve hatta bu makineleri daha mobil hale getirmenin olası bir yolunu önerir.
Parite Peşinde
Fikri parite bir kuantum bilgisayarda aslında yeni değil. Fellner'ın açıkladığı gibi: "Mevcut kuantum bilgisayarlar, bu tür işlemleri zaten küçük ölçekte çok iyi uyguluyor. Ancak, kübit sayısı arttıkça, bu geçit işlemlerini uygulamak giderek daha karmaşık hale geliyor.” Innsbruck araştırmacıları, LHZ mimarisini tasarlarken, kübitlerini tipik bir kuantum bilgisayardan farklı bir şekilde programlayarak bu olası sorunu planladılar. Fellner, "Parity Mimarisindeki kübitlerin çoklu 'standart' kübitlerin ilgili tarafını kodlaması gerçeğinden yararlanarak, bazı kuantum işlemlerini daha basit bir şekilde uygulayabilir" diye ekledi. "Son çalışmalarımızda, evrensel olan, yani kişinin herhangi bir algoritmayı uygulamasına izin veren bir dizi kapı inşa etmenin mümkün olduğunu gösterdik." Bu tür evrensel kuantum bilgisayarı, kuantum bilgisayar endüstrisi için büyük çıkarımlar sunar ve gelişimini hızlandırmaya yardımcı olabilir. "Üstelik," dedi Fellner, "hesaplama sırasında meydana gelebilecek kuantum hatalarını saptamak ve düzeltmek için kübit sayısındaki ek yükten yararlanılabilir."
Hata Düzeltmeyi Azaltmak için LHZ Mimarisini Kullanma
Gürültüye duyarlılıkları nedeniyle, kuantum bilgisayarlar oldukça hata eğilimli hale gelebilir. Hata düzeltmeyi azaltmanın yolları olarak birkaç farklı yöntem test ediliyor ve Innsbruck araştırmacıları, LHZ mimarisinin bu süreçte yardımcı olabileceğine inanıyor. Fellner, "Kuantum hataları, bit çevirme hataları ve faz döndürme hataları olarak adlandırılan iki türe ayrılabilir" dedi. LHZ mimarisi her ikisini de düzeltmek için tasarlanmıştır. Innsbruck araştırmacıları Annette Messinger ve Killian Ender, kullanılan donanım tarafından bir tür hata (bit çevirme veya faz hatası) önleniyor. “Diğer türdeki hatalar yazılım aracılığıyla tespit edilip düzeltilebilir.” Hata düzeltme ve ölçeklenebilirlik için sağlam bir yöntemle, LHZ mimarisinin uygulanmaya başladığını görmek şaşırtıcı olmayacaktır.
Halihazırda Lechner ve Magdalena Hauser tarafından ortaklaşa kurulan yan şirket, pariteQC, bu yeni mimariyi denemek ve kullanmak için Innsbruck ve başka yerlerdeki araştırmacılarla birlikte çalışıyor.
Kenna Hughes-Castleberry, Inside Quantum Technology'de ve JILA'da (Colorado Boulder Üniversitesi ile NIST arasındaki bir ortaklık) Bilim İletişimcisi'nde personel yazarıdır. Yazı ritimleri derin teknoloji, metaverse ve kuantum teknolojisini içerir.