science >> Wetenschap >  >> Fysica

Een kwantumbenaderend optimalisatie-algoritme implementeren op een 53-qubit NISQ-apparaat

Vergelijking van gesimuleerde (links) en experimentele (rechts) p = 1 landschappen toont een duidelijke overeenkomst van landschapskenmerken. Een overlay optimalisatiespoor (rood, geïnitialiseerd vanaf vierkante marker) demonstreert het vermogen van een klassieke optimizer om optimale parameters te vinden. De blauwe ster in elke geruisloze grafiek geeft het theoretische lokale optimum aan. De probleemgroottes zijn n = 23, n = 14 en n = 11 voor hardwareraster, drie-regulier MaxCut- en SK-model, respectievelijk. Credit: Natuurfysica (2021). DOI:10.1038/s41567-020-01105-y

Een groot team van onderzoekers die samenwerken met Google Inc. en verbonden zijn aan een groot aantal instellingen in de VS, één in Duitsland en één in Nederland heeft een kwantumbenaderingsoptimalisatie-algoritme (QAOA) geïmplementeerd op een 53-qubit-ruisachtig quantum-apparaat (NISQ) op middellange schaal. In hun artikel gepubliceerd in het tijdschrift Natuurfysica, , de groep beschrijft hun methode om de prestaties van hun QAOA op Google's Sycamore supergeleidende 53-qubit kwantumprocessor te bestuderen en wat ze ervan hebben geleerd. Boaz Barak van Harvard University heeft een artikel in News &Views gepubliceerd over het werk van het team in hetzelfde tijdschriftnummer.

In de afgelopen decennia is ingenieurs hebben grote vooruitgang geboekt bij het verbeteren van de snelheid van computers, zelfs als ze de uiterste grenzen van traditionele siliciumfotolithografie naderen. Dus wetenschappers hebben gewerkt aan de ontwikkeling van kwantumcomputers, die theorie heeft gesuggereerd, zou toepassingen kunnen aanpakken die nog steeds te moeilijk zijn voor computers om te draaien. Helaas, ondanks enige vooruitgang, kwantumcomputers zijn nog steeds niet echt bruikbaar. Degene die zijn gebouwd, worden beschreven als NISQ-apparaten, omdat ze allemaal hetzelfde probleem hebben:ruis die tot fouten leidt. Ze worden ook beschouwd als opstapjes naar het soort apparaten dat volgens de theorie mogelijk is - vandaar het tussenlabel. Terwijl wetenschappers doorgaan met het ontwikkelen van kwantumcomputertechnologie, ze kijken naar wat er mogelijk is als dergelijke apparaten eenmaal zijn gebouwd. Daartoe, ze hebben QAOA's ontwikkeld - algoritmen die bedoeld zijn om de computerkloof tussen kwantumcomputers en klassieke computers te overbruggen.

De reden dat QAOA's nodig zijn, is omdat ingenieurs geen enkele manier hebben om NISQ-apparaten op conventionele computers te simuleren. wat het moeilijk maakt om te leren hoe een echte kwantumcomputer te gebruiken voor toepassingen in de echte wereld - de benaderingsalgoritmen helpen onderzoekers een beter beeld te krijgen van hoe computergebruik eruit zou kunnen zien als echte kwantumcomputers eindelijk in gebruik zijn.

In deze nieuwe poging de onderzoekers creëerden een QAOA en voerden deze uit op het ultramoderne NISQ-computerplatform van Google. Zoals Barak opmerkt, hun QAOA werkte als een combinatie van kleinere algoritmen die zijn gemaakt om simulaties op een kwantumcomputer uit te voeren, zoals gesimuleerd gloeien. Dergelijke algoritmen beginnen met het presenteren van een willekeurig antwoord en proberen dit vervolgens te verbeteren met behulp van kwantumoperators. Met behulp van het algoritme, onderzoekers leerden meer over manieren om ruis te verminderen of de effecten ervan te verminderen. Ze leerden ook meer over het gebruik van hyperparameters en mogelijke manieren om belangrijke problemen op een kwantumarchitectuur in kaart te brengen.

© 2021 Science X Network