De ontwikkeling van kwantumcomputers wordt wereldwijd nagestreefd en er zijn verschillende concepten over hoe computergebruik met de eigenschappen van de kwantumwereld kan worden geïmplementeerd. Veel van deze zijn al experimenteel gevorderd in gebieden die niet langer kunnen worden geëmuleerd op klassieke computers. Maar de technologieën hebben nog niet het punt bereikt waarop ze kunnen worden gebruikt om grotere rekenproblemen op te lossen. Daarom zoeken onderzoekers momenteel naar toepassingen die op bestaande platforms kunnen worden geïmplementeerd. "We zijn op zoek naar taken die we kunnen berekenen op bestaande hardware", zegt Rick van Bijnen van het Institute of Quantum Optics and Quantum Information van de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen in Innsbruck. Een team rond Van Bijnen en de onderzoeksgroep Lechner stelt nu een methode voor om optimalisatieproblemen met neutrale atomen op te lossen.

Software-oplossing

Om in de nabije toekomst wetenschappelijk en industrieel relevante toepassingen voor bestaande kwantumhardware te ontwikkelen, zoeken onderzoekers naar bijzondere algoritmen die structureel aansluiten bij de sterke punten van een kwantumplatform. "Dit co-ontwerp van algoritmen en experimentele platforms stelt deze systemen in staat om te werken zonder foutcorrectie, wat vandaag nog steeds moeilijk te bereiken is", legt Wolfgang Lechner van de afdeling Theoretische Fysica van de Universiteit van Innsbruck uit. De natuurkundigen stellen zich voor dat hun optimalisatie-algoritme wordt geïmplementeerd op neutrale atomen die zijn opgesloten en gerangschikt in een optisch pincet. Ze kunnen worden geprogrammeerd via de interactie van zeer opgewonden Rydberg-toestanden. Om de beperkingen van eerdere benaderingen te vermijden, implementeren de natuurkundigen het algoritme niet rechtstreeks, maar gebruiken ze de zogenaamde pariteitsarchitectuur, een schaalbaar en probleemonafhankelijk hardware-ontwerp voor combinatorische optimalisatieproblemen, dat Wolfgang Lechner samen met Philipp Hauke ​​en Peter Zoller ontwikkelde. in Innsbruck.

Op deze manier vereist het optimalisatie-algoritme alleen probleemafhankelijke bewerkingen met één qubit en probleemonafhankelijke bewerkingen met vier qubits. Het vinden van een directe en eenvoudige implementatie voor deze vier-qubit-operaties was de grootste uitdaging voor de Innsbruck-onderzoekers. Hiervoor hebben ze een speciale kwantumpoort ontworpen. "We hebben het algoritme rechtstreeks in de taal van het experiment geïmplementeerd", legt eerste auteur Clemens Dlaska uit. "Het algoritme kan dus worden gerealiseerd op de huidige kwantumhardware door simpelweg de duur van laserpulsen in een feedbacklus te optimaliseren."

Willekeurig schaalbaar

Met het voorgestelde concept kunnen de prestaties van bestaande kwantumhardware bij het oplossen van relevante optimalisatieproblemen worden onderzocht voor probleemgroottes die momenteel onmogelijk te simuleren zijn op klassieke supercomputers. Dat zowel het hardwareplatform als de softwareoplossing grotendeels zonder aanpassingen kan worden uitgebreid, is een belangrijk voordeel van de nieuwe werkwijze.

Het team van Innsbruck heeft nu zijn nieuwe concept gepresenteerd in Physical Review Letters . + Verder verkennen

De kwantumcomputer upgraden