Het Japanse National Institute of Information and Communications Technology, Keio University, Tokyo University of Science en The University of Tokyo zijn er voor het eerst in geslaagd een methode te ontwikkelen om systematisch de optimale kwantumbewerkingsvolgorde voor een kwantumcomputer te vinden.

Om een ​​kwantumcomputer een taak te laten uitvoeren, moet men een reeks kwantumbewerkingen schrijven. Tot nu toe hebben computeroperators hun eigen kwantumbewerkingsreeksen geschreven op basis van bestaande methoden (recepten). Wat deze keer is ontwikkeld, is een systematische methode die optimale controletheorie (GRAPE-algoritme) toepast om de theoretisch optimale reeks te identificeren uit alle denkbare kwantumbewerkingsreeksen.

Deze methode zal naar verwachting een handig hulpmiddel worden voor middelgrote kwantumcomputers en zal naar verwachting in de nabije toekomst bijdragen aan het verbeteren van de prestaties van kwantumcomputers en het verminderen van de impact op het milieu.

Deze studie is gepubliceerd in Physical Review A .

Quantumcomputers, die momenteel in ontwikkeling zijn, zullen naar verwachting een grote impact hebben op de samenleving. Hun voordelen zijn onder meer het verminderen van de milieubelasting door het energieverbruik te verminderen, het vinden van nieuwe chemische stoffen voor medisch gebruik en het versnellen van de zoektocht naar materialen voor een schoner milieu.

Een van de grote problemen voor kwantumcomputers is dat de kwantumtoestand erg gevoelig is voor ruis, dus het is moeilijk om deze lange tijd stabiel te houden (behoud van een coherente kwantumtoestand). Om de beste prestaties te verkrijgen, is het noodzakelijk om de bewerkingen te voltooien binnen de tijd dat de coherente kwantumtoestand wordt gehandhaafd. Er was behoefte aan een methode om systematisch de optimale sequenties te identificeren.

Prestaties

Het onderzoeksteam heeft een systematische methode ontwikkeld om de optimale volgorde van kwantumbewerkingen te identificeren.

Wanneer een computer informatie opslaat en verwerkt, wordt alle informatie omgezet in een reeks bits met waarden van 0 of 1. Een kwantumbewerkingsreeks is een computerprogramma dat is geschreven in een voor mensen leesbare taal dat wordt omgezet zodat het kan worden verwerkt door een kwantumcomputer. De volgorde van kwantumbewerkingen bestaat uit bewerkingen van 1 qubit en bewerkingen van 2 qubits. De beste reeks is die met de minste handelingen en toont de beste prestaties.

De nieuwe methode analyseert alle mogelijke reeksen van elementaire kwantumbewerkingen met behulp van een computationeel algoritme genaamd GRAPE, een numeriek algoritme voor optimale controletheorie. Het creëert met name een tabel met reeksen van kwantumbewerkingen en de prestatie-index (fidelity F) voor elke reeks, variërend van duizenden tot miljoenen, afhankelijk van het aantal qubits en het aantal onderzochte bewerkingen. De optimale kwantumbewerkingsvolgorde wordt systematisch geïdentificeerd op basis van de verzamelde gegevens.

Het is ook mogelijk voor de nieuwe methode om de volledige lijst van alle kwantumbewerkingssequenties te analyseren en conventionele recepten te evalueren. Als zodanig kan het een waardevol hulpmiddel zijn voor het vaststellen van benchmarks voor eerder en toekomstig onderzoek naar de prestaties van kwantumalgoritmen van een paar qubits.

Toekomstige vooruitzichten

De systematische methode om de optimale kwantumbewerkingsvolgorde voor kwantumcomputers te vinden, zal naar verwachting een nuttig hulpmiddel worden voor middelgrote kwantumcomputers. In de nabije toekomst zal het naar verwachting de prestaties van kwantumcomputers verbeteren en bijdragen aan het verminderen van de belasting van het milieu.

Het team ontdekte ook dat er veel optimale reeksen van kwantumbewerkingen zijn die uitstekend zijn. Dit betekent dat een probabilistische benadering de toepasbaarheid van deze nieuwe methode zou kunnen uitbreiden naar grotere taken. Benaderingen op basis van het analyseren van grote datasets suggereren de mogelijkheid om machine learning te integreren met deze nieuwe methode om de voorspellende kracht verder te verbeteren. In de toekomst zal het onderzoeksteam de resultaten die dit keer zijn verkregen toepassen op de optimalisatie van taken die zijn verkregen uit daadwerkelijke kwantumalgoritmen. + Verder verkennen

Quantumcontrole voor geavanceerde technologie:verleden en heden