Лос-Аламос повідомляє, що апаратний підхід пропонує нову парадигму квантових обчислень – Аналіз новин про високопродуктивні обчислення | всередині HPC

Справа Микола Сініцин

15 серпня 2023 р. — Сьогодні Національна лабораторія Лос-Аламоста повідомила, що теоретичний підхід до апаратного забезпечення квантових обчислень, який потенційно може змінити правила гри, дозволяє уникнути деяких складностей квантових комп’ютерів. Стратегія реалізує алгоритм у природних квантових взаємодіях для обробки різноманітних проблем реального світу швидше, ніж класичні комп’ютери або звичайні квантові комп’ютери на основі вентилів, повідомили в лабораторії.

«Наше відкриття усуває багато складних вимог до квантового обладнання», — сказав Микола Сініцин, фізик-теоретик з Національної лабораторії Лос-Аламоса. Він є співавтором а папір про підхід у журналі Physical Review A. «Природні системи, такі як електронне обертання дефектів в алмазі, мають саме той тип взаємодії, який необхідний для нашого процесу обчислень».

Сініцин сказав, що команда сподівається співпрацювати з фізиками-експериментаторами в Лос-Аламосі, щоб продемонструвати свій підхід із використанням ультрахолодних атомів. За його словами, сучасні технології в ультрахолодних атомах достатньо розвинені, щоб продемонструвати такі обчислення приблизно з 40-60 кубітами, що достатньо для вирішення багатьох проблем, які зараз недоступні за допомогою класичних або бінарних обчислень. Кубіт — це основна одиниця квантової інформації, аналогічна біту в звичних класичних обчисленнях.

Замість створення складної системи логічних воріт серед кількох кубітів, які повинні мати спільну квантову заплутаність, нова стратегія використовує просте магнітне поле для обертання кубітів, таких як обертання електронів, у природній системі. Точна еволюція спінових станів — це все, що потрібно для реалізації алгоритму. Сініцин сказав, що цей підхід може бути використаний для вирішення багатьох практичних проблем, запропонованих для квантових комп’ютерів.

Квантові обчислення залишаються новою областю, обмеженою труднощами з’єднання кубітів у довгих рядках логічних елементів і підтримки квантової заплутаності, необхідної для обчислень. Заплутаність руйнується в процесі, відомому як декогеренція, оскільки заплутані кубіти починають взаємодіяти зі світом за межами квантової системи комп’ютера, вносячи помилки. Це відбувається швидко, обмежуючи час обчислення. Справжнє виправлення помилок ще не реалізовано на квантовому обладнанні.

Новий підхід покладається на природне, а не на індуковане заплутування, тому вимагає менше зв’язків між кубітами. Це зменшує вплив декогеренції. Таким чином, кубіти живуть відносно довго, сказав Сініцин.

Теоретична стаття команди з Лос-Аламоса показала, як цей підхід може вирішити проблему розбиття чисел за допомогою алгоритму Гровера швидше, ніж існуючі квантові комп’ютери. Будучи одним із найвідоміших квантових алгоритмів, він дозволяє здійснювати неструктурований пошук у великих наборах даних, які поглинають звичайні обчислювальні ресурси. Наприклад, за словами Сініцина, алгоритм Гровера можна використовувати для рівномірного розподілу часу виконання завдань між двома комп’ютерами, щоб вони завершували одночасно з іншими практичними завданнями. Алгоритм добре підходить для ідеалізованих квантових комп’ютерів з виправленням помилок, хоча його важко реалізувати на сучасних машинах, схильних до помилок.

Квантові комп’ютери створені для виконання обчислень набагато швидше, ніж будь-який класичний пристрій, але реалізувати їх досі було надзвичайно важко, сказав Сініцин. Звичайний квантовий комп'ютер реалізує квантові схеми — послідовності елементарних операцій з різними парами кубітів.

Теоретики Лос-Аламоса запропонували інтригуючу альтернативу.

«Ми помітили, що для багатьох відомих обчислювальних задач достатньо мати квантову систему з елементарними взаємодіями, в якій лише один квантовий спін — реалізований за допомогою двох кубітів — взаємодіє з рештою обчислювальних кубітів», — сказав Сініцин. «Тоді один магнітний імпульс, який діє лише на центральний спін, реалізує найскладнішу частину квантового алгоритму Гровера». Ця квантова операція, яка називається оракулом Гровера, вказує на бажане рішення.

«У цьому процесі не потрібні прямі взаємодії між обчислювальними кубітами та залежні від часу взаємодії з центральним обертом», — сказав він. Після встановлення статичних зв’язків між центральним спіном і кубітами все обчислення складається лише із застосування простих залежних від часу імпульсів зовнішнього поля, які обертають спіни, сказав він.

Важливо те, що команда довела, що такі операції можна робити швидко. Команда також виявила, що їх підхід топологічно захищений. Тобто він стійкий до багатьох помилок у точності полів керування та інших фізичних параметрів навіть без квантової корекції помилок.

Стаття: «Топологічно захищений оракул Гровера для проблеми розділення». Фізичний огляд А. https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.108.022412

Фінансування: Управління науки Міністерства енергетики, Управління передових наукових обчислювальних досліджень і програма лабораторних досліджень і розвитку в Національній лабораторії Лос-Аламоса.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. Автомобільні / електромобілі, вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• ChartPrime. Розвивайте свою торгову гру за допомогою ChartPrime. Доступ тут.
• BlockOffsets. Модернізація екологічної компенсаційної власності. Доступ тут.
• джерело: https://insidehpc.com/2023/08/los-alamos-reports-hardware-approach-offers-new-quantum-computing-paradigm/