Quantumcomputers van de toekomst zijn veelbelovend voor het sneller oplossen van complexe problemen dan gewone computers. Bijvoorbeeld, ze kunnen grote getallen exponentieel sneller ontbinden dan klassieke computers, waarmee ze codes kunnen breken in het meest gebruikte cryptografiesysteem. Er zijn andere potentiële toepassingen voor kwantumcomputers, te, zoals het oplossen van ingewikkelde scheikundige problemen met betrekking tot de mechanica van moleculen. Maar welke soorten toepassingen zijn precies het beste voor kwantumcomputers, die nog een decennium of meer verwijderd kan zijn van werkelijkheid te worden, is nog een open vraag.

In een nieuwe Caltech-studie aanvaard door het Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 2017 Symposium on Foundations of Computer Science, onderzoekers hebben aangetoond dat kwantumcomputing nuttig kan zijn voor het versnellen van de oplossingen voor "semidefinite programma's, " een veelgebruikte klasse van optimalisatieproblemen. Deze programma's omvatten zogenaamde lineaire programma's, die worden gebruikt, bijvoorbeeld, wanneer een bedrijf het risico van zijn investeringsportefeuille wil minimaliseren of wanneer een luchtvaartmaatschappij efficiënt bemanningen wil toewijzen aan zijn vluchten.

De studie presenteert een nieuw kwantumalgoritme dat oplossingen voor semidefinitieve problemen zou kunnen versnellen, soms exponentieel. Kwantumalgoritmen zijn sets instructies die kwantumcomputers vertellen wat ze moeten doen om problemen op te lossen.

"Een van de doelen van kwantumcomputing is om berekeningen te versnellen tot niveaus die veel hoger zijn dan wat klassieke computers kunnen doen, " zegt Fernando Brandão, de Bren hoogleraar theoretische fysica aan Caltech. De co-auteur van Brandão is Krysta Svore van Microsoft, die het onderzoek gedeeltelijk financierde.

Het nieuwe kwantumalgoritme zou, vooral, semidefinite programma's die worden gebruikt om onbekende kwantumtoestanden te leren, aanzienlijk versnellen. Brandão zegt dat dit soort 'kwantumleren'-problemen worden geconfronteerd door onderzoekers die grote kwantumsystemen bestuderen in een verscheidenheid aan verschillende systemen, zoals supergeleidende qubits, dit zijn kwantuminformatie-eenheden die lijken op computerbits die zouden werken op basis van supergeleidende technologie. De semidefinite programma's worden gebruikt om een ​​beschrijving te geven van hoe de kwantummaterie zich gedraagt, en dit, beurtelings, stelt de onderzoekers in staat de bizarre toestanden van de subatomaire wereld beter te begrijpen.

"Dit type toepassing is een goede kandidaat voor gebruik in kwantumcomputers, " zegt Brandão. "We kennen nog lang niet alle toepassingen van quantum computing, en dat is een deel van de opwinding - er zijn mogelijkheden waar we nog niet eens van hebben gedroomd."

De studie, getiteld, "Quantum Speed-ups voor Semidefinite Programming, " werd gefinancierd door Microsoft, de Nationale Wetenschapsstichting, en Caltech.