Команда из Сассекса показала, как вычисления в таком квантовом компьютере могут быть выполнены наиболее эффективно, используя свой новый «алгоритм маршрутизации». Их статья «Эффективная кубитная маршрутизация для глобально подключенного квантового компьютера с захваченными ионами» опубликована в журнале Advanced Quantum Technologies.
Команда, работающая над этим проектом, возглавлялась профессором Винфридом Хенсингером и включала Марка Уэббера, доктора Стивена Герберта и доктора Себастьяна Вайдта. Ученые создали новый алгоритм, который регулирует трафик в квантовом компьютере точно так же, как управление трафиком в оживленном городе.
В конструкции с захваченными ионами кубиты могут физически перемещаться на большие расстояния, поэтому они могут легко взаимодействовать с другими кубитами. Их новый алгоритм означает, что данные могут проходить через квантовый компьютер без каких-либо «пробок». Это, в свою очередь, дает начало более мощному квантовому компьютеру.
Ожидается, что квантовые компьютеры смогут решать задачи, слишком сложные для классических компьютеров.
Квантовые компьютеры используют квантовые биты (кубиты) для обработки информации новым и мощным способом. Конкретная архитектура квантового компьютера, которую команда проанализировала первой, представляет собой квантовый компьютер с «захваченными ионами», состоящий из кремниевых микрочипов с отдельными заряженными атомами или ионами, парящими над поверхностью чипа.
Эти ионы используются для хранения данных, где каждый ион содержит один квантовый бит информации. Выполнение вычислений на таком квантовом компьютере включает в себя перемещение ионов, подобно игре в Pacman, и чем быстрее и эффективнее можно перемещать данные (ионы), тем мощнее будет квантовый компьютер.
В глобальной гонке за создание крупномасштабного квантового компьютера есть два ведущих метода: «сверхпроводящие» устройства, на которых сосредоточены такие группы, как IBM и Google, и устройства с «захваченными ионами», которые используются группой Ion Quantum Technology Университета Сассекса. и недавно созданная компания Universal Quantum, среди прочих.
У сверхпроводящих квантовых компьютеров есть стационарные кубиты, которые обычно могут взаимодействовать только с кубитами, которые находятся непосредственно рядом друг с другом.
Расчеты с участием далеких кубитов выполняются путем обмена данными через цепочку смежных кубитов, процесс похож на телефонную игру (также называемую “ китайский шепот ”), где информация передается шепотом от одного человека к другому по очереди людей. Как и в телефонной игре, чем длиннее цепочка, тем больше искажается информация. Действительно, исследователи обнаружили, что этот процесс ограничит вычислительную мощность сверхпроводящих квантовых компьютеров.
Напротив, развернув свой новый алгоритм маршрутизации для архитектуры захваченных ионов, ученые из Сассекса обнаружили, что их подход к квантовым вычислениям позволяет достичь впечатляющего уровня вычислительной мощности. Quantum Volume – это новый тест, который используется для сравнения вычислительной мощности квантовых компьютеров в ближайшем будущем.
Они смогли использовать Quantum Volume для сравнения своей архитектуры с моделью для сверхпроводящих кубитов, где они предполагали одинаковые уровни ошибок для обоих подходов. Они обнаружили, что подход с захваченными ионами работает лучше, чем подход со сверхпроводящими кубитами, поскольку их алгоритм маршрутизации по существу позволяет кубитам напрямую взаимодействовать с гораздо большим количеством кубитов, что, в свою очередь, приводит к более высокой ожидаемой вычислительной мощности.
Марк Уэббер, докторант Центра квантовых технологий Сассекса при Университете Сассекса, сказал:
"Теперь мы можем предсказать вычислительную мощность создаваемых нами квантовых компьютеров.
Наше исследование указывает на фундаментальное преимущество устройств с захваченными ионами, а новый алгоритм маршрутизации позволит нам максимизировать производительность ранних квантовых компьютеров."
Профессор Хенсингер, директор Сассекского центра квантовых технологий при Университете Сассекса, сказал:
«Действительно, эта работа – еще одна ступенька на пути к созданию практических квантовых компьютеров, которые могут решать проблемы реального мира."
Профессор Винфрид Хенсингер и доктор Себастьян Вайдт недавно основали свою дочернюю компанию Universal Quantum, целью которой является создание первого в мире крупномасштабного квантового компьютера.
Он получил поддержку со стороны некоторых из самых влиятельных мировых инвесторов в области высоких технологий. Команда была первой, кто опубликовал план создания крупномасштабного квантового компьютера с захваченными ионами в 2017 году.