Новый метод повышения производительности квантового компьютера

• Исследователи разрабатывают теоретический метод повышения производительности квантовых вычислений.
• Этот метод известен как динамическое разделение и работал на двух небольших квантовых компьютерах.
• Он не требует накладных расходов на кодирование и работает путем преобразования квантовых вентилей в импульс развязки.

Концепция квантовых вычислений была представлена ​​в начале 1980-х годов. Идея состоит в том, чтобы использовать квантовые биты (кубиты, которые могут находиться в суперпозиции состояний) вместо двоичных битов для безопасного и чрезвычайно быстрого выполнения вычислений.

Спустя три десятилетия область квантовых вычислений все еще находится в зачаточном состоянии. Хотя были проведены сотни тестов, в которых квантовые вычисления выполнялись на небольшом количестве кубитов.

Ожидается, что квантовые компьютеры будут в несколько миллионов раз быстрее, чем современные суперкомпьютеры, и они могут произвести революцию в сфере финансов, обороны, информационных технологий и медицины. Они используют поведение атомов для выполнения невероятно сложных задач с чрезвычайно высокой скоростью.

Однако у них есть некоторые ограничения. Они очень подвержены ошибкам и требуют стабильности для поддержания работы. Обычно они не работают должным образом и дают плохие результаты. Исследователи во всем мире до сих пор не смогли создать квантовую машину, которая превосходит традиционный компьютер в любой задаче.

Основная проблема современных квантовых компьютеров - это «шум» - возмущение, вызываемое вибрацией, температурой и звуком. Он генерирует декогеренцию, которая может сделать кубиты нестабильными, нарушая продолжительность квантового состояния. Это сокращает время, в течение которого квантовая машина может точно выполнить задачу (без ошибок).

Квантовая машина со слишком большой декогеренцией бесполезна. Если вы сможете решить эту проблему, вы сможете достичь того момента, когда квантовые вычисления станут более практичными и производительными, чем обычные компьютеры.

Недавно исследователи из Университета Южной Калифорнии раскрыли теоретический метод повышения производительности квантовых вычислений. Он устраняет слабые места нынешних квантовых компьютеров, сводя к минимуму ошибочные вычисления и повышая точность результатов. Этот метод известен как динамическое разделение (DD) и работал на двух квантовых компьютерах.

DD разработан для подавления декогеренции посредством приложения к системе импульсов, которые отменяют взаимодействие между системой и окружающей средой до заданного порядка в зависящей от времени теории возмущений. В целом, он не требует накладных расходов на кодирование и работает путем преобразования квантовых вентилей в импульс развязки.

Ссылка:Письма с физическим обзором | doi:10.1103 / PhysRevLett.121.220502 | USC

Временные последовательности для этих тестов были очень небольшими:200 импульсов были записаны за 0,6 микросекунды.

Применение динамической развязки в современной квантовой машине

Исследователи протестировали DD на двух квантовых компьютерах - 16-кубитном QX5 IBM и 19-кубитном Acorn Ригетти - и обнаружили, что это проще и надежнее, чем другие методы. Он подходит для реализации в существующих небольших облачных квантовых компьютерах.

8-кубитный квантовый процессор | Изображение предоставлено:Rigetti Computing

Этот метод может в некоторой степени защитить запутанные двухкубитовые состояния. Различные последовательности динамической развязки могут уменьшить ошибки как дефазировки, так и спонтанного излучения. В отличие от предыдущих исследований, они не использовали код квантовой коррекции ошибок и, таким образом, добились исключительных улучшений в точности по сравнению с естественной декогеренцией.

Окончательная точность воспроизведения QX5 от IBM подскочила с 28,9% до 88,4%, а для Acron Ригетти - с 59,8% до 77,1%. Исследователи также обнаружили, что большее количество плюсов всегда позволяет улучшить точность воспроизведения в течение более длительного времени в квантовом компьютере Rigetti, тогда как для компьютера IBM было ограничение примерно в 100 импульсов.

Прочтите:18 самых интересных фактов о квантовых компьютерах

В целом, исследование показывает, что механизм динамической развязки работает намного лучше, чем существующие методы квантовой коррекции ошибок.