شبکه ای از گیت های ZZ SWAP فقط به حداقل اتصال خطی بین کیوبیت ها بدون کوپلینگ اضافی نیاز دارد، بنابراین مزایای عملی را برای اجرای کارآمد الگوریتم های کوانتومی مانند الگوریتم بهینه سازی تقریبی کوانتومی (QAOA) ارائه می دهد. QAOA راه‌حل‌های مسائل بهینه‌سازی ترکیبی را تقریبی می‌کند — یافتن پاسخ بهینه با ارائه مجموعه‌ای از معیارها. مسئله Maximum-Cut که می‌تواند برای مرتب کردن هاب‌ها در یک سیستم شبکه حمل‌ونقل استفاده شود، نمونه‌ای از یک مسئله بهینه‌سازی ترکیبی معروف است که می‌تواند با QAOA با استفاده از مدارهای کوانتومی سریع‌تر حل شود.
یک کامپایلر هوشمند برای سخت افزار کوانتومی ابررسانا
این بهینه سازی های تجربی منجر به بهبود تا 88 درصد در دقت عملکرد QAOA شد. محققان به دنبال ادامه کاوش و اصلاح روش‌ها در این کار و اعمال آنها در سایر کاربردها هستند.
هاشم گفت: “من راهی برای ادغام کارهای تجربی قبلی خود در کامپایل تصادفی با Quantum Benchmark (که توسط Keysight بدست آمده) با استفاده از کامپایلر هوشمند Super.tech پیشنهاد کردم تا روش جدیدی را برای کاهش تاثیر خطاهای تداخلی مطالعه کنم.” “اگر با سایر محققان به عنوان بخشی از برنامه کاربری AQT کار نمی کردم، بصیرت لازم برای ارائه این ایده را نداشتم. به عنوان فردی که قرار است وارد نیروی کار شود، شبکه برای ایجاد یک پایگاه اصلی از افرادی که در آن ها می شناسم بسیار مهم است. حوزه‌ای که در زمینه‌های مختلف متخصص هستند و می‌توانم ایده‌های تحقیقاتی را نیز به آنها ارائه کنم.”
به عنوان بخشی از این آزمایش، تیم همچنین یک تکنیک جدید به نام میانگین مداری معادل (ECA) معرفی کرد که پارامترهای مختلف شبکه های SWAP را برای تولید بسیاری از مدارهای منطقی معادل تصادفی کرد. ECA تجزیه مدارهای کوانتومی را تصادفی می کند و تأثیر خطاهای منسجم سیستماتیک را کاهش می دهد – یکی از شدیدترین خطاها در رایانه های کوانتومی و به طور گسترده در AQT مورد مطالعه قرار گرفته است.
پردازنده های کوانتومی با معماری دو یا سه بعدی، اتصال کیوبیت محدودی دارند که در آن هر کیوبیت تنها با تعداد محدودی کیوبیت دیگر تعامل دارد. علاوه بر این، اطلاعات هر کیوبیت فقط می‌تواند برای مدت طولانی وجود داشته باشد، قبل از اینکه نویز و خطاها باعث ناپیوستگی شوند و زمان اجرا و وفاداری الگوریتم‌های کوانتومی را محدود کنند. بنابراین، هنگام طراحی و اجرای یک مدار کوانتومی، محققان باید ترجمه مدار ساخته شده از دروازه های انتزاعی (منطقی) را به دستورالعمل های فیزیکی بر اساس گیت های سخت افزاری بومی موجود در یک پردازنده کوانتومی معین بهینه کنند. تجزیه مدار کارآمد زمان عملیات را به حداقل می رساند زیرا تعداد گیت ها و عملیاتی را که به طور بومی توسط سخت افزار پشتیبانی می شوند برای انجام عملیات منطقی مورد نظر در نظر می گیرند.
“یک ویژگی منحصر به فرد محاسبات کوانتومی این است که گیت های منطقی جزئی را فعال می کند. این ویژگی مشابهی در منطق بولی سنتی ندارد – برای مثال، رایانه لپ تاپ شما نمی تواند 50٪ از یک گیت AND را اجرا کند. توانایی AQT برای کالیبره کردن این کنترل جزئی Rich Rines، سابقاً از Super.tech و در حال حاضر مهندس نرم‌افزار در ColdQuanta، می‌گوید: دروازه‌های کوانتومی S در را به روی ما باز کردند تا مجموعه وسیع‌تری از بهینه‌سازی‌های جدید را ایجاد کنیم تا بیشترین بهره را از سخت‌افزار ببریم.
از زمان افتتاح برنامه کاربری خود در سال 2020، AQT به Super.tech، یکی از چندین کاربر صنعتی، دسترسی سطح پایینی به سخت افزار برای آزمایش ایده های خود ارائه کرد. تعداد کمی از پلتفرم‌های کوانتومی مبتنی بر ابر، این نوع دسترسی کامل به کل پشته محاسبات کوانتومی و بازخورد بلادرنگ از کارشناسان سخت‌افزار را بدون هیچ هزینه‌ای ارائه می‌دهند. Super.tech با تیم آزمایشی متخصص AQT همکاری کرد تا راه های بهبود عملکرد در این نوع سخت افزار را بیاموزد.
AQT یک بستر آزمایشی باز و پیشرفته را بر اساس مدارهای ابررسانا راه اندازی می کند و توسط برنامه تحقیقات محاسبات علمی پیشرفته (ASCR) اداره انرژی وزارت انرژی ایالات متحده تامین می شود. فن‌آوری‌های توسعه‌یافته در جاهای دیگر را می‌توان در AQT به کار گرفت و آزمایش کرد و دسترسی عمیق به پشته محاسبات کوانتومی کامل را بدون هزینه اضافی فراهم می‌کند.
این مشارکت تحقیقاتی از نرم‌افزار SuperstaQ Super.tech استفاده کرد که دانشمندان را قادر می‌سازد تا برنامه‌های کاربردی خود را به‌خوبی تنظیم کنند و مجموعه مدارها را برای سخت‌افزار ابررسانای AQT، به‌ویژه برای یک گیت S کنترل‌شده با وفاداری بالا، که در اکثر سیستم‌های سخت‌افزاری موجود نیست، خودکار کنند. این رویکرد کامپایل هوشمند با چهار کیوبیت ترانسمون به شبکه‌های SWAP اجازه می‌دهد تا کارآمدتر از روش‌های تجزیه استاندارد تجزیه شوند.
حمایت از رشد صنعت با یک آزمایشگاه تحقیقاتی با دسترسی آزاد
AQT در آزمایشگاه برکلی به عنوان یک مرکز پیشرفته برای تحقیق و توسعه اطلاعات کوانتومی با گرد هم آوردن تخصص و کاربران، از جمله استارت‌آپ‌های مرحله اولیه، مانند Super.tech، که اکنون به عنوان بخشی از ColdQuanta به مسیر رشد خود ادامه می‌دهند، به رشد خود ادامه می‌دهد.
