Αναπτύξτε την επόμενη γενιά αλγορίθμων και κβαντικών υλικών

Οι προσομοιώσεις κβαντικών κυκλωμάτων μπορούν να αποκαλύψουν την επίδραση του θορύβου σε κβαντικές συσκευές μέσης κλίμακας. Credit: Donald Jorgensen | Εθνικό Εργαστήριο Βορειοδυτικού Ειρηνικού

Οι κβαντικοί υπολογιστές αναμένεται να φέρουν επανάσταση στον τρόπο με τον οποίο οι ερευνητές επιλύουν δύσκολα υπολογιστικά προβλήματα. Αυτοί οι υπολογιστές έχουν σχεδιαστεί για να αντιμετωπίζουν μεγάλες προκλήσεις σε θεμελιώδεις τομείς της έρευνας, όπως η κβαντική χημεία. Στο τρέχον στάδιο ανάπτυξής του, ο κβαντικός υπολογιστής εξακολουθεί να είναι πολύ ευαίσθητος στο θόρυβο και τους διασπαστικούς παράγοντες στο περιβάλλον. Αυτό κάνει τους κβαντικούς υπολογισμούς «θορυβώδεις» επειδή τα κβαντικά bit – ή qubits – χάνουν πληροφορίες βγάζοντας εκτός συγχρονισμού, μια διαδικασία που ονομάζεται αποσυνοχή.


Για να ξεπεράσουν τους περιορισμούς των σημερινών κβαντικών υπολογιστών, ερευνητές στο Εθνικό Εργαστήριο Βορειοδυτικού Ειρηνικού (PNNL) αναπτύσσουν προσομοιώσεις που παρέχουν μια ματιά στο πώς λειτουργούν οι κβαντικοί υπολογιστές.

«Όταν προσπαθούμε να παρατηρήσουμε άμεσα τη συμπεριφορά κβαντικών συστημάτων, όπως τα qubits, οι κβαντικές καταστάσεις τους καταρρέουν», δήλωσε ο επιστήμονας υπολογιστών Ang Lee, επιστήμονας υπολογιστών στο PNNL. Ο Lee είναι επίσης ερευνητής στο Κέντρο Κβαντικής Επιστήμης και στο Κέντρο Συν-Σχεδιασμού Κβαντικών Χαρακτηριστικών — δύο από τα πέντε Εθνικά Ερευνητικά Κέντρα Επιστήμης της Κβαντικής Πληροφορίας υπό το Υπουργείο Ενέργειας. “Για να το ξεπεράσουμε αυτό, χρησιμοποιούμε προσομοιώσεις για να μελετήσουμε τα qubits και την αλληλεπίδρασή τους με το περιβάλλον.”

Ο Lee και οι συνεργάτες του στο Oak Ridge National Laboratory και της Microsoft χρησιμοποιούν υψηλή απόδοση Υπολογισμός για την ανάπτυξη προσομοιωτών που προσομοιώνουν πραγματικές κβαντικές συσκευές για την υλοποίηση πολύπλοκων κβαντικών κυκλωμάτων. Πρόσφατα, συνδύασαν δύο διαφορετικούς τύπους προσομοίωσης για να δημιουργήσουν τον Northwest Quantum Simulator (NWQ-Sim) για δοκιμή. Κβαντικοί αλγόριθμοι.

«Η δοκιμή κβαντικών αλγορίθμων σε κβαντικές συσκευές είναι αργή και δαπανηρή», μου είπε. «Μερικοί από τους αλγόριθμους είναι επίσης πολύ προηγμένοι για τις τρέχουσες κβαντικές συσκευές». “Οι κβαντικοί προσομοιωτές μας μπορούν να μας βοηθήσουν να κοιτάξουμε πέρα ​​από τους περιορισμούς του τρέχοντος υλικού και αλγορίθμων δοκιμών για πιο εξελιγμένα συστήματα.”

Αλγόριθμοι για κβαντικούς υπολογιστές

Ο Nathan Webby, από κοινού διορισμένο μέλος του PNNL από το Πανεπιστήμιο του Τορόντο και αναπληρωτής καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον, ακολουθεί μια άλλη στρατηγική για τη σύνταξη κώδικα για κβαντικούς υπολογιστές. Αν και μερικές φορές μπορεί να είναι απογοητευτικό να περιορίζεσαι από τις δυνατότητες των σημερινών κβαντικών συσκευών, ο Wiebe βλέπει αυτή την πρόκληση ως ευκαιρία.

Αναπτύξτε την επόμενη γενιά αλγορίθμων και κβαντικών υλικών

Οι κβαντικοί υπολογιστές είναι ιδιαίτερα ικανοί στο να εξετάζουν ταυτόχρονα μεγάλους αριθμούς πιθανών συνδυασμών, αλλά η αστάθεια των qubits στις σύγχρονες συσκευές συμβάλλει σε σφάλματα στους υπολογισμούς. Credit: Timothy Holland | Εθνικό Εργαστήριο Βορειοδυτικού Ειρηνικού

«Τα θορυβώδη κβαντικά κυκλώματα παράγουν σφάλματα στους υπολογισμούς», είπε ο Webb. “Όσο περισσότερα qubits απαιτεί ένας υπολογισμός, τόσο πιο πιθανό είναι να εμφανιστεί ένα σφάλμα.”

Wiebe και συνεργάτες από το Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον Αναπτύξτε νέους αλγόριθμους για τη διόρθωση αυτών των σφαλμάτων σε ορισμένους τύπους προσομοίωσης.

«Αυτή η εργασία παρέχει έναν φθηνότερο και ταχύτερο τρόπο εκτέλεσης Κβαντική διόρθωση σφαλμάτων. Είναι πιθανό να μας φέρει πιο κοντά στην επίδειξη ενός υπολογιστικά χρήσιμου παραδείγματος προσομοιώσεων κβαντικής θεωρίας πεδίου σε κβαντικές συσκευές βραχυπρόθεσμα», είπε ο Webby.

Η σκοτεινή ύλη συναντά τον κβαντικό υπολογισμό

Καθώς ο Wiebe προσπαθεί να μειώσει το θόρυβο δημιουργώντας αλγόριθμους διόρθωσης σφαλμάτων, ο φυσικός Ben Lauer και οι συνεργάτες του κοιτάζουν το περιβάλλον για να ελέγξουν τις εξωτερικές πηγές θορύβου.

Ο Loer χρησιμοποιεί το υπόβαθρό του για να επιτύχει πολύ χαμηλά επίπεδα φυσικής ραδιενέργειας – που απαιτούνται για την αναζήτηση εμπειρικών στοιχείων σκοτεινή ύλη In-universe – για να αποτρέψετε την αποσυνοχή του qubit.

«Η ακτινοβολία από το περιβάλλον, όπως οι ακτίνες γάμμα και οι ακτίνες Χ, είναι παντού», είπε ο Λορ. «Επειδή τα qubits είναι τόσο ευαίσθητα, είχαμε την ιδέα ότι αυτή η ακτινοβολία μπορεί να επηρεάσει τις κβαντικές τους καταστάσεις».

Αναπτύξτε την επόμενη γενιά αλγορίθμων και κβαντικών υλικών

Credit: Brookhaven National Laboratory

Για να το δοκιμάσουν αυτό, ο Loer, ο επικεφαλής του έργου Brent VanDevender και ο συνάδελφός του John Orrell συνεργάστηκαν με ερευνητές στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT) και στο Lincoln Laboratory του MIT. Χρησιμοποιήστε μια ασπίδα μολύβδου για να προστατέψετε τα qubits από την ακτινοβολία. Σχεδίασαν την ασπίδα για χρήση μέσα σε ένα ψυγείο αραίωσης— Η τεχνολογία που χρησιμοποιείται για την παραγωγή της θερμοκρασίας ακριβώς πάνω από το απόλυτο μηδέν που απαιτείται για την τροφοδοσία υπεραγώγιμων qubits. το είδαν qubit Η αποσυνοχή μειώθηκε κατά την προστασία των qubits.

Ενώ αυτό είναι το πρώτο βήμα προς την κατανόηση του πώς επηρεάζει η ακτινοβολία Ποσοτική ΣτατιστικήΟ Lauer σχεδιάζει να εξετάσει πώς η ακτινοβολία διαταράσσει τα κυκλώματα και τους πυλώνες μέσα στο κβαντικό σύστημα. «Μπορούμε να προσομοιώσουμε και να μοντελοποιήσουμε αυτές τις κβαντικές αλληλεπιδράσεις για να βοηθήσουμε στη βελτίωση του σχεδιασμού των κβαντικών συσκευών», είπε ο Λορ.

Ο Loer αναλαμβάνει την έρευνά του για το υπόγειο εξασθενημένο ψυγείο με προστασία από μόλυβδο στο ρηχό υπόγειο εργαστήριο του PNNL με τη βοήθεια του χημικού PNNL Marvin Warner.

«Εάν αναπτύξουμε μια κβαντική συσκευή που δεν λειτουργεί όσο καλά θα έπρεπε, πρέπει να είμαστε σε θέση να εντοπίσουμε το πρόβλημα», είπε η Warner. «Προστατεύοντας τα qubits από την εξωτερική ακτινοβολία, μπορούμε να αρχίσουμε να χαρακτηρίζουμε άλλες πιθανές πηγές θορύβου στη συσκευή».


Κβαντική μνήμη υπολογιστή ανθεκτική σε διαμάντια


το απόσπασμα: Developing Next Generation Algorithms and Quantum Materials (2022, 6 Ιουνίου) Ανακτήθηκε στις 6 Ιουνίου 2022 από https://phys.org/news/2022-06-quantum-algorithms-materials.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Ανεξάρτητα από οποιαδήποτε δίκαιη συναλλαγή για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν επιτρέπεται να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.

READ  Ο IAU συμφωνεί με τα κινέζικα ονόματα για τον προσδιορισμό περιοχών στη Σελήνη

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *