Los Alamos báo cáo Phương pháp tiếp cận phần cứng cung cấp mô hình điện toán lượng tử mới - Phân tích tin tức điện toán hiệu năng cao | bên trongHPC

Los Alamos báo cáo Phương pháp tiếp cận phần cứng cung cấp mô hình điện toán lượng tử mới – Phân tích tin tức điện toán hiệu năng cao | bên trongHPC

Dấu thời gian: 15:2023 PM ngày 3 tháng 30 năm XNUMX
Los Alamos Reports Phương pháp tiếp cận phần cứng đưa ra mô hình tính toán lượng tử mới - Tin tức tính toán hiệu suất cao Phân tích | bên trongHPC PlatoBlockchain Data Intelligence. Tìm kiếm dọc. Ái.

Nikolai Sinitsyn, bên phải

Ngày 15 tháng 2023 năm XNUMX — Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamost hôm nay đã báo cáo rằng một cách tiếp cận lý thuyết có khả năng thay đổi cuộc chơi đối với phần cứng máy tính lượng tử sẽ tránh được một số sự phức tạp thường thấy trong máy tính lượng tử. Chiến lược này thực hiện một thuật toán trong các tương tác lượng tử tự nhiên để xử lý nhiều vấn đề trong thế giới thực nhanh hơn máy tính cổ điển hoặc máy tính lượng tử dựa trên cổng thông thường có thể làm được, phòng thí nghiệm cho biết.

Nikolai Sinitsyn, nhà vật lý lý thuyết tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos cho biết: “Phát hiện của chúng tôi loại bỏ nhiều yêu cầu thách thức đối với phần cứng lượng tử. Ông là đồng tác giả của một giấy về cách tiếp cận trên tạp chí Physical Review A. “Các hệ thống tự nhiên, chẳng hạn như spin điện tử của các khuyết tật trong kim cương, có chính xác loại tương tác cần thiết cho quá trình tính toán của chúng ta.”

Sinitsyn cho biết nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ hợp tác với các nhà vật lý thực nghiệm tại Los Alamos để chứng minh phương pháp của họ sử dụng các nguyên tử cực lạnh. Ông nói, các công nghệ hiện đại trong các nguyên tử cực lạnh đủ tiên tiến để chứng minh các tính toán như vậy với khoảng 40 đến 60 qubit, đủ để giải quyết nhiều vấn đề hiện không thể tiếp cận được bằng tính toán cổ điển hoặc nhị phân. Qubit là đơn vị cơ bản của thông tin lượng tử, tương tự như bit trong điện toán cổ điển quen thuộc.

Thay vì thiết lập một hệ thống cổng logic phức tạp giữa một số qubit, tất cả đều phải chia sẻ rối lượng tử, chiến lược mới sử dụng một từ trường đơn giản để xoay các qubit, chẳng hạn như spin của các electron, trong một hệ thống tự nhiên. Sự phát triển chính xác của các trạng thái spin là tất cả những gì cần thiết để thực hiện thuật toán. Sinitsyn cho biết phương pháp này có thể được sử dụng để giải quyết nhiều vấn đề thực tế được đề xuất cho máy tính lượng tử.

Điện toán lượng tử vẫn là một lĩnh vực non trẻ bị hạn chế bởi khó khăn trong việc kết nối các qubit trong chuỗi cổng logic dài và duy trì sự vướng víu lượng tử cần thiết cho tính toán. Sự vướng víu bị phá vỡ trong một quá trình được gọi là sự mất kết hợp, khi các qubit bị vướng víu bắt đầu tương tác với thế giới bên ngoài hệ thống lượng tử của máy tính, gây ra lỗi. Điều đó xảy ra nhanh chóng, hạn chế thời gian tính toán. Sửa lỗi thực sự vẫn chưa được triển khai trên phần cứng lượng tử.

Los Alamos Reports Phương pháp tiếp cận phần cứng đưa ra mô hình tính toán lượng tử mới - Tin tức tính toán hiệu suất cao Phân tích | bên trongHPC PlatoBlockchain Data Intelligence. Tìm kiếm dọc. Ái.Cách tiếp cận mới dựa trên sự vướng víu tự nhiên chứ không phải cảm ứng, do đó, nó yêu cầu ít kết nối hơn giữa các qubit. Điều đó làm giảm tác động của sự mất kết hợp. Do đó, các qubit tồn tại trong một thời gian tương đối dài, Sinitsyn nói.

Bài báo lý thuyết của nhóm Los Alamos đã chỉ ra cách phương pháp này có thể giải quyết vấn đề phân vùng số bằng thuật toán Grover nhanh hơn các máy tính lượng tử hiện có. Là một trong những thuật toán lượng tử nổi tiếng nhất, nó cho phép tìm kiếm phi cấu trúc các tập dữ liệu lớn ngấu nghiến tài nguyên máy tính thông thường. Ví dụ, Sinitsyn cho biết, thuật toán của Grover có thể được sử dụng để chia đều thời gian chạy cho các tác vụ giữa hai máy tính, để chúng hoàn thành cùng một lúc, cùng với các công việc thực tế khác. Thuật toán này rất phù hợp với các máy tính lượng tử được lý tưởng hóa, được sửa lỗi, mặc dù rất khó thực hiện trên các máy dễ bị lỗi ngày nay.

Sinitsyn cho biết máy tính lượng tử được chế tạo để thực hiện các phép tính nhanh hơn nhiều so với bất kỳ thiết bị cổ điển nào có thể làm được, nhưng cho đến nay chúng cực kỳ khó thực hiện. Một máy tính lượng tử thông thường thực hiện các mạch lượng tử — chuỗi các hoạt động cơ bản với các cặp qubit khác nhau.

Các nhà lý thuyết Los Alamos đã đề xuất một giải pháp thay thế hấp dẫn.

“Chúng tôi nhận thấy rằng đối với nhiều vấn đề tính toán nổi tiếng, chỉ cần có một hệ lượng tử với các tương tác cơ bản là đủ, trong đó chỉ một spin lượng tử duy nhất — có thể thực hiện được với hai qubit — tương tác với phần còn lại của các qubit tính toán,” Sinitsyn cho biết. “Sau đó, một xung từ tính duy nhất chỉ tác động lên spin trung tâm sẽ thực hiện phần phức tạp nhất của thuật toán Grover lượng tử.” Được gọi là lời tiên tri của Grover, phép toán lượng tử này chỉ ra lời giải mong muốn.

Ông nói: “Không có tương tác trực tiếp giữa các qubit tính toán và không cần tương tác phụ thuộc vào thời gian với vòng quay trung tâm trong quá trình này. Ông nói: Sau khi các khớp nối tĩnh giữa spin trung tâm và qubit được thiết lập, toàn bộ quá trình tính toán chỉ bao gồm việc áp dụng các xung trường bên ngoài phụ thuộc vào thời gian đơn giản để quay các spin.

Điều quan trọng là nhóm đã chứng minh rằng các hoạt động như vậy có thể được thực hiện nhanh chóng. Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng phương pháp của họ được bảo vệ về mặt cấu trúc liên kết. Nghĩa là, nó mạnh mẽ chống lại nhiều lỗi về độ chính xác của trường điều khiển và các tham số vật lý khác ngay cả khi không có hiệu chỉnh lỗi lượng tử.

Bài báo: “Lời tiên tri của Grover được bảo vệ bằng cấu trúc liên kết cho vấn đề phân vùng.” Ôn tập vật lý A . https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.108.022412

Tài trợ: Văn phòng Khoa học của Bộ Năng lượng, Văn phòng Nghiên cứu Máy tính Khoa học Tiên tiến và chương trình Nghiên cứu và Phát triển do Phòng thí nghiệm Chỉ đạo tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos.

Dấu thời gian:

Thêm từ Bên trong HPC