Yeni, Daha Hızlı Bir Kuantum Bilgisayar Türü

Eşlik bilgisayarları, tek bir kübit üzerinde iki veya daha fazla kübit arasındaki işlemleri gerçekleştirebilir.

Yeni, Daha Hızlı Bir Kuantum Bilgisayar Türü

Eşlik kuantum bilgisayarları, karmaşık algoritmaların uygulanmasını kolaylaştırır.

Bir kuantum bilgisayarda, kuantum bitleri (kübitler) aynı anda bir bilgi işlem birimi ve bellek olarak işlev görür. Kuantum bilgisi, kopyalanamadığı için geleneksel bir bilgisayardaki gibi bir bellekte saklanamaz. Bu kısıtlama nedeniyle, bir kuantum bilgisayarın kübitlerinin tümü birbiriyle etkileşime girebilmelidir. Bu, güçlü kuantum bilgisayarların geliştirilmesinde önemli bir engel olmaya devam ediyor. Bu sorunun üstesinden gelmek için teorik fizikçi Wolfgang Lechner, Philipp Hauke ​​ve Peter Zoller ile birlikte 2015 yılında kuantum bilgisayar için yeni bir mimari önerdi. Bu mimari, yazarlardan sonra artık LHZ mimarisi olarak biliniyor.

Avusturya , Innsbruck Üniversitesi Teorik Fizik Bölümü'nden Wolfgang Lechner, "Bu mimari başlangıçta optimizasyon problemleri için tasarlandı" diye hatırlıyor . "Bu süreçte, bu optimizasyon sorunlarını olabildiğince verimli bir şekilde çözmek için mimariyi minimuma indirdik."

Bu mimarideki fiziksel kübitler, tek tek bitleri temsil etmek yerine, bitler arasındaki göreli koordinasyonu kodlar.

Wolfgang Lechner, "Bu, tüm kübitlerin artık birbirleriyle etkileşime girmesi gerekmediği anlamına geliyor" diye açıklıyor. Ekibiyle birlikte artık bu parite kavramının evrensel bir kuantum bilgisayarı için de uygun olduğunu gösterdi.

Karmaşık işlemler basitleştirildi

Eşlik bilgisayarları, tek bir kübit üzerinde iki veya daha fazla kübit arasındaki işlemleri gerçekleştirebilir. Wolfgang Lechner'ın ekibinden Michael Fellner, "Mevcut kuantum bilgisayarlar, bu tür işlemleri küçük ölçekte zaten çok iyi uyguluyor" diye açıklıyor.

"Ancak, kübit sayısı arttıkça, bu kapı işlemlerini uygulamak giderek daha karmaşık hale geliyor."

Physical Review Letters ve Physical Review A'daki iki yayında , Innsbruck bilim adamları şimdi, parite bilgisayarlarının, örneğin, birçok kuantum algoritmasının temel yapı taşı olan kuantum Fourier dönüşümlerini önemli ölçüde daha az hesaplama adımıyla ve dolayısıyla daha hızlı gerçekleştirebileceğini gösteriyor.

Fellner, "Mimarimizin yüksek düzeyde paralelliği, örneğin, sayıları çarpanlara ayırmaya yönelik iyi bilinen Shor algoritmasının çok verimli bir şekilde yürütülebileceği anlamına gelir" diye açıklıyor.

İki aşamalı hata düzeltme

Yeni konsept ayrıca donanım açısından verimli hata düzeltme sunar. Kuantum sistemleri bozulmalara karşı çok hassas olduğundan, kuantum bilgisayarların sürekli olarak hataları düzeltmesi gerekir. Gerekli kübit sayısını büyük ölçüde artıran kuantum bilgilerinin korunmasına önemli kaynaklar ayrılmalıdır.

Innsbruck araştırma ekibinin üyelerinden Anette Messinger ve Kilian Ender, "Modelimiz iki aşamalı bir hata düzeltme ile çalışıyor, kullanılan donanım tarafından bir tür hata (bit çevirme hatası veya faz hatası) önleniyor" diyor. Bunun için farklı platformlarda halihazırda ilk deneysel yaklaşımlar var.

Messinger ve Ender, "Diğer türdeki hatalar yazılım aracılığıyla tespit edilip düzeltilebilir" diyor. Bu, yeni nesil evrensel kuantum bilgisayarların yönetilebilir bir çabayla gerçekleştirilmesine izin verecektir. Wolfgang Lechner ve Magdalena Hauser tarafından ortaklaşa kurulan yan şirket ParityQC, şimdiden Innsbruck'ta bilim ve endüstriden ortaklarla yeni modelin olası uygulamaları üzerinde çalışıyor.