By Кенна Хьюз-Каслберрі опубліковано 24 листопада 2022 р
Через свою крихкість і сприйнятливість до шуму, квантові комп'ютери ще попереду довгий шлях, перш ніж їх можна буде використовувати ширше. Однією з головних проблем у розробці цієї технології є її архітектура. Як вже виявили багато інженерів, кубіти у квантовому комп’ютері одночасно виступають і як блок пам’яті, і як обчислювальний блок. Це створює обмеження на те, що може зробити технологія, оскільки квантові пам’яті неможливо скопіювати і, таким чином, не можна зберігати в класичному комп’ютері. Через це обмеження багато квантових розробників вважають, що кубіти в квантовому комп’ютері повинні краще взаємодіяти один з одним, щоб обмінюватися інформацією про пам’ять. нове дослідження від університету Інсбрук пропонує нову архітектуру для квантового комп’ютера. Ця архітектура, названа архітектурою LHZ на честь дослідників Вольфганга Лехнера, Філіпа Хауке та Пітера Золлера, розроблена спеціально для оптимізації, але також може виконувати операції парності та виправлення помилок. Архітектура дозволяє виконувати ці процеси, оскільки фізичні кубіти кодуються для координації між бітами, а не для самих кубітів.
«Архітектура LHZ — це квантова архітектура, яка дозволяє нам кодувати задачі оптимізації для квантового комп’ютера таким чином, щоб не вимагати складних довгострокових взаємодій під час їх вирішення», — пояснив доктор філософії. дослідник Майкл Фельнер дослідницької групи Лехнера. «Це відрізняється від звичайних підходів, які часто вимагають великих накладних витрат на ресурси шлюзу для цих взаємодій. Щоб зменшити ці накладні витрати, реалізована архітектура значно зменшується. Це дозволяє архітектурі LHZ виконувати процеси парності. «Замість того, щоб кодувати кожну бітову змінну безпосередньо в квантовий біт (кубіт), кубіти в архітектурі LHZ представляють різницю («парність») між двома або більше життєздатними, що спрощує реалізацію певних квантових алгоритмів», — додав Феллнер. Завдяки кодуванню кубітів із цією парністю кількість кубітів, необхідних для квантових обчислень, зменшується, що дозволяє створити більш простий метод для масштабованості та реалізації та навіть пропонує можливий спосіб зробити ці машини більш мобільними.
Прагнення до паритету
Ідея о паритет на квантовому комп’ютері насправді не є новим. Як пояснив Феллнер: «Існуючі квантові комп’ютери вже дуже добре реалізують такі операції в невеликому масштабі. Однак у міру того, як кількість кубітів збільшується, стає дедалі складніше реалізувати ці операції воріт». Розробляючи архітектуру LHZ, дослідники з Інсбрука планували вирішити цю можливу проблему, запрограмувавши свої кубіти іншим способом, ніж типовий квантовий комп’ютер. «Використовуючи той факт, що кубіти в архітектурі парності кодують відносну частину кількох «стандартних» кубітів, можна реалізувати деякі квантові операції простіше», — додав Феллнер. «У нашій нещодавній роботі ми показали, що можна побудувати набір вентилів, який є універсальним, тобто дозволяє реалізувати будь-який алгоритм». Цей тип універсального квантового комп’ютера має великі наслідки для галузі квантових обчислень і може допомогти прискорити її розвиток. «Крім того, — сказав Феллнер, — можна використати накладні витрати на кількість кубітів для виявлення та виправлення квантових помилок, які можуть виникнути під час обчислень».
Використання архітектури LHZ для зменшення виправлення помилок
Через свою сприйнятливість до шуму квантові комп’ютери можуть стати досить схильними до помилок. Декілька різних методів випробовуються як способи пом’якшення виправлення помилок, і дослідники з Інсбрука вважають, що архітектура LHZ може допомогти в цьому процесі. «Квантові помилки можна класифікувати на два типи, так звані помилки перетворення бітів і помилки перетворення фази», — заявив Феллнер. Архітектура LHZ розроблена для виправлення обох. Один тип помилки (перевертання біта або помилка фази) запобігає використовуваному апаратному забезпеченню», – додали дослідники з Інсбрука Аннет Мессінгер і Кілліан Ендер. «Інший тип помилки можна виявити та виправити за допомогою програмного забезпечення». Завдяки надійному методу виправлення помилок і масштабованості не буде несподіванкою побачити початок реалізації архітектури LHZ.
Уже подзвонила допоміжна компанія, співзасновниками якої є Лехнер і Магдалена Хаузер ParityQC, працює з дослідниками в Інсбруку та інших місцях, щоб спробувати використати цю нову архітектуру.
Кенна Хьюз-Кастлберрі є штатним автором Inside Quantum Technology і науковим комунікатором JILA (партнерство між Університетом Колорадо в Боулдері та NIST). Її ритми написання включають глибинні технології, метавсесвіт і квантові технології.
