کامپیوترهای کوانتومی برابری اجرای الگوریتم‌های پیچیده را آسان‌تر می‌کنند — ScienceDaily


قدرت محاسباتی ماشین های کوانتومی در حال حاضر هنوز بسیار پایین است. افزایش آن همچنان یک چالش بزرگ است. اکنون فیزیکدانان معماری جدیدی را برای یک کامپیوتر کوانتومی جهانی ارائه می کنند که بر چنین محدودیت هایی غلبه می کند و می تواند به زودی پایه و اساس نسل بعدی کامپیوترهای کوانتومی باشد.

بیت‌های کوانتومی (کیوبیت) در یک کامپیوتر کوانتومی به‌عنوان واحد محاسباتی و حافظه به طور همزمان عمل می‌کنند. از آنجایی که اطلاعات کوانتومی را نمی توان کپی کرد، نمی توان آن را مانند یک کامپیوتر کلاسیک در حافظه ذخیره کرد. با توجه به این محدودیت، تمام کیوبیت های یک کامپیوتر کوانتومی باید بتوانند با یکدیگر تعامل داشته باشند. در حال حاضر این یک چالش بزرگ برای ساخت کامپیوترهای کوانتومی قدرتمند است. در سال 2015، فیزیکدان نظری ولفگانگ لچنر، همراه با فیلیپ هاوک و پیتر زولر، به این مشکل پرداختند و معماری جدیدی برای یک کامپیوتر کوانتومی پیشنهاد کردند که اکنون معماری LHZ به نام نویسندگان نامگذاری شده است.

ولفگانگ لچنر از گروه فیزیک نظری در دانشگاه اینسبروک اتریش به یاد می آورد: «این معماری در ابتدا برای مسائل بهینه سازی طراحی شده بود. “در این فرآیند، ما معماری را به حداقل ممکن کاهش دادیم تا این مشکلات بهینه سازی را تا حد امکان بهینه سازی کنیم.” کیوبیت‌های فیزیکی در این معماری، بیت‌های مجزا را نشان نمی‌دهند، بلکه هماهنگی نسبی بین بیت‌ها را رمزگذاری می‌کنند. ولفگانگ لچنر توضیح می دهد: «این بدان معناست که همه کیوبیت ها دیگر مجبور نیستند با یکدیگر تعامل داشته باشند. او اکنون با تیم خود نشان داده است که این مفهوم برابری برای یک کامپیوتر کوانتومی جهانی نیز مناسب است.

عملیات پیچیده ساده شده است

کامپیوترهای برابری می توانند عملیات بین دو یا چند کیوبیت را روی یک کیوبیت انجام دهند. مایکل فلنر از تیم ولفگانگ لچنر توضیح می دهد: «کامپیوترهای کوانتومی موجود در حال حاضر چنین عملیاتی را در مقیاس کوچک به خوبی اجرا می کنند. با این حال، با افزایش تعداد کیوبیت ها، اجرای این عملیات گیت پیچیده تر و پیچیده تر می شود. در دو نشریه در نامه های بررسی فیزیکی و بررسی فیزیکی Aدانشمندان اینسبروک اکنون نشان می‌دهند که رایانه‌های برابری می‌توانند، برای مثال، تبدیل‌های فوریه کوانتومی – بلوک ساختمانی اساسی بسیاری از الگوریتم‌های کوانتومی – را با مراحل محاسباتی بسیار کمتر و در نتیجه سریع‌تر انجام دهند. Fellner توضیح می‌دهد: «موازی بودن معماری ما به این معنی است که، برای مثال، الگوریتم معروف Shor برای فاکتورگیری اعداد می‌تواند بسیار کارآمد اجرا شود».

تصحیح خطای دو مرحله ای

مفهوم جدید همچنین تصحیح خطای سخت افزاری کارآمد را ارائه می دهد. از آنجایی که سیستم های کوانتومی به اختلالات بسیار حساس هستند، کامپیوترهای کوانتومی باید به طور مداوم خطاها را تصحیح کنند. منابع قابل توجهی باید به حفاظت از اطلاعات کوانتومی اختصاص داده شود که تعداد کیوبیت های مورد نیاز را تا حد زیادی افزایش می دهد. Anette Messinger و Kilian Ender، همچنین اعضای تیم تحقیقاتی Innsbruck می‌گویند: «مدل ما با یک تصحیح خطای دو مرحله‌ای کار می‌کند، یک نوع خطا (خطای چرخش بیت یا خطای فاز) توسط سخت‌افزار مورد استفاده جلوگیری می‌شود. در حال حاضر رویکردهای آزمایشی اولیه برای این کار در پلتفرم های مختلف وجود دارد. Messinger و Ender می گویند: “نوع دیگر خطا را می توان از طریق نرم افزار شناسایی و اصلاح کرد.” این امر به نسل بعدی کامپیوترهای کوانتومی جهانی اجازه می دهد تا با تلاش قابل مدیریت محقق شوند. شرکت اسپین آف ParityQC، که توسط ولفگانگ لچنر و ماگدالنا هاوزر تأسیس شده است، در حال حاضر در اینسبروک با شرکای علم و صنعت بر روی اجرای احتمالی مدل جدید کار می کند.

این تحقیق در دانشگاه اینسبروک توسط صندوق علوم اتریش FWF و آژانس ترویج تحقیقات اتریش FFG حمایت مالی شد.

منبع داستان:

مواد تهیه شده توسط دانشگاه اینسبروک. توجه: محتوا ممکن است برای سبک و طول ویرایش شود.



منبع

Matthew Newman

Matthew Newman Matthew has over 15 years of experience in database management and software development, with a strong focus on full-stack web applications. He specializes in Django and Vue.js with expertise deploying to both server and serverless environments on AWS. He also works with relational databases and large datasets
[ Back To Top ]