Een nieuw algoritme dat simulaties versneld, zou de huidige en korte termijn kwantumcomputers beter kunnen gebruiken. de weg vrijmaken voor applicaties om voorbij strikte tijdslimieten te lopen die veel kwantumberekeningen belemmeren.

"Kwantumcomputers hebben een beperkte tijd om berekeningen uit te voeren voordat ze hun bruikbare kwantumkarakter hebben, die we coherentie noemen, stort in, " zei Andrew Sornborger van de computer, rekenkundig, en Statistical Sciences divisie bij Los Alamos National Laboratory, en senior auteur van een paper waarin het onderzoek wordt aangekondigd. "Met een nieuw algoritme dat we hebben ontwikkeld en getest, we zullen kwantumsimulaties snel vooruit kunnen spoelen om problemen op te lossen die voorheen onbereikbaar waren."

Computers gebouwd van kwantumcomponenten, bekend als qubits, kan potentieel uiterst moeilijke problemen oplossen die de mogelijkheden van zelfs de krachtigste moderne supercomputers te boven gaan. Toepassingen zijn onder meer een snellere analyse van grote datasets, Drug ontwikkeling, en het ontrafelen van de mysteries van supergeleiding, om maar een paar van de mogelijkheden te noemen die in de nabije toekomst tot grote technologische en wetenschappelijke doorbraken kunnen leiden.

Recente experimenten hebben aangetoond dat kwantumcomputers het potentieel hebben om problemen in seconden op te lossen die de beste conventionele computer millennia zouden kosten. De uitdaging blijft, echter, om ervoor te zorgen dat een kwantumcomputer zinvolle simulaties kan uitvoeren voordat de kwantumcoherentie kapot gaat.

"We gebruiken machine learning om een ​​kwantumcircuit te creëren dat een groot aantal kwantumsimulatie-operaties in één keer kan benaderen, " zei Sornborger. "Het resultaat is een kwantumsimulator die een reeks berekeningen vervangt door een enkele, snelle operatie die kan worden voltooid voordat de kwantumcoherentie kapot gaat."

Het Variational Fast Forwarding (VFF) algoritme dat de Los Alamos-onderzoekers ontwikkelden, is een hybride combinatie van aspecten van klassieke en kwantumcomputers. Hoewel gevestigde stellingen het potentieel van algemene fast forwarding met absolute betrouwbaarheid voor willekeurige kwantumsimulaties uitsluiten, de onderzoekers omzeilen het probleem door kleine rekenfouten te tolereren voor tussenliggende tijden om bruikbare, indien enigszins onvolmaakt, voorspellingen.

In principe, de aanpak stelt wetenschappers in staat om een ​​systeem zo lang als ze willen kwantummechanisch te simuleren. Practisch gesproken, de fouten die zich ophopen naarmate de simulatietijden toenemen, beperken potentiële berekeningen. Nog altijd, het algoritme maakt simulaties mogelijk die veel verder gaan dan de tijdschalen die kwantumcomputers kunnen bereiken zonder het VFF-algoritme.

Een eigenaardigheid van het proces is dat er twee keer zoveel qubits nodig zijn om een ​​berekening vooruit te spoelen dan wanneer de kwantumcomputer wordt versneld. In het nieuw gepubliceerde artikel bijvoorbeeld, de onderzoeksgroep bevestigde hun aanpak door een VFF-algoritme op een computer met twee qubits te implementeren om de berekeningen die in een kwantumsimulatie van één qubit zouden worden uitgevoerd, vooruit te spoelen.

Bij toekomstig werk, de Los Alamos-onderzoekers zijn van plan de grenzen van het VFF-algoritme te verkennen door het aantal qubits dat ze vooruitspoelen te verhogen, en controleren in hoeverre ze systemen kunnen doorspoelen. Het onderzoek werd op 18 september gepubliceerd, 2020 in het journaal npj Quantum-informatie .