Anonim

Primitive kvantecomputere kan allerede overgå standardmaskiner til meget specifikke opgaver

Quantum Computing

Colin Jeffrey

12. maj 2016

Bristol Ph.d.-studerende Xiaogang Qiang og den primitive fotoniske kvanteprocessor han designet med UWA-forskere til at simulere kvantevandringer (Kredit: Gerardo Villarreal Garcia. © University of Bristol. Alle rettigheder forbeholdes )

Quantum bits (qubits) er byggemoduler af kvantecomputere, men at sætte nok af dem sammen i den ene enhed til at køre beregninger som dem, der forventes i en standardcomputer, er sværst at sige. Men nu har forskere skabt en måde at bruge selv primitive kvantecomputere til at køre beregninger, der allerede kan overgå kapaciteten i klassisk databehandling til meget specifikke opgaver.

Der findes allerede en række kvanteprocessorer, der anvendes til forskning, men disse har et meget begrænset antal qubits til deres rådighed, dels fordi den skrøbelige karakter af kvanteforstyrrelser, der koder for qubits, gør det yderst vanskeligt at opretholde mange flere. For eksempel kan IBMs skyaktiverede kvanteprocessor prale med kun fem qubits og kan som følge heraf kun køre begrænsede algoritmer og eksperimenter. Det betyder, at sådanne enheder ikke er meget nyttige, hvis du vil udføre opgaver, som din gennemsnitlige stationære computer allerede kan gøre meget godt.

For at løse ekstremt specialiserede problemer er kvantemekanikken dog spræng fremad. På denne måde studerer forskere fra University of Bristol og University of Western Australia forarbejdningskapaciteten af ​​mindre, enklere designs som forstadier til store kvantecomputere, men også som forarbejdningsenheder i deres egen ret.

"En kvantecomputer er en maskine, der er designet til at bruge kvantemekanik til at løse problemer mere effektivt end enhver mulig klassisk computer, " sagde dr. Ashley Montanaro fra universitetet i Bristols matematiske skole. "Vi kender nogle algoritmer, der kan køre på sådanne maskiner, og det er en åben og spændende udfordring at finde mere. Men de fleste af de kvantealgoritmer, vi ved, skal køres på en storskalent kvantecomputer for at se en fart . "

Men at undersøge mindre forstadier til en storskalent kvantecomputer kunne hjælpe med at fremskynde udviklingen af ​​flere kraftmaskiner og endda bruges til at udføre værdifuldt arbejde alene. De spørgsmål, som forskerne står overfor i denne henseende, indebærer at opdage, hvad disse enkle computere med fordel kan gøre, og hvad er de mindsteparametre for ydeevne og konstruktion, de har brug for for at nå disse opgaver? For at løse disse spørgsmål så forskerne på måder at bruge en grundlæggende kvanteprocessor på for at illustrere et fænomen kendt som quantum walk.

I det væsentlige er kvantevandringen en kvantemekanisk analog af den klassiske tilfældige (eller "drunken sailor 's ") tur, hvor den aktuelle tilstand af en walker forskudt langs er beskrevet ved en sandsynlighedsfordeling (en sandsynlighed tildelt hver mulig bevægelsesretning i et givet rum) over stillinger. Det er, hvor sandsynligt det er, i betragtning af antallet af muligheder i et begrænset sæt, at walkeren vil bevæge sig i en bestemt retning.

Den overordnede forskel i kvanteversionen af ​​den tilfældige gåtur er imidlertid, at den anvendes til tilfældig bevægelse af en partikel, som kan eksistere i enhver og alle mulige positioner samtidigt og i forskellige dimensioner. Denne kvanteevne har således tilladt andre forskere at demonstrere alternative måder at tænke over, hvordan forskellige kvadratcomputere i fuld skala kan fungere, de informationstæthedsniveauer, de kan indeholde, og hvordan man bedst kan skabe nyttige kvantealgoritmer til at udnytte disse fakta.

Ved hjælp af et kvante kredsløb bygget på en kvadronprocessor med to kvadre fotonik, ser det ud til, at holdet har opdaget, at det kan være muligt at udnytte kraften i kvantebehandling langt hurtigere end forventet.

"Et spændende resultat af vores arbejde er, at vi måske har fundet et nyt eksempel på kvantevandfysik, som vi kan observere med en primitiv kvantecomputer, som ellers en klassisk computer ikke kunne se", siger dr. Jonathan Matthews fra universitetet af Bristol. "Disse ellers skjulte egenskaber har praktisk brug, måske ved at hjælpe med at designe mere sofistikerede kvantecomputere. "

Sådanne algoritmer er meget nyttige til modellering af ting som brunisk bevægelse - den tilsyneladende tilfældige bevægelse af partikler suspenderet i en væske- og Boson Sampling - et eksperimentelt system, der kan hjælpe videnskaben med at bevæge sig mod fotoniske elementer i kvantemetode.

"Det er ligesom partiklen kan undersøge plads parallelt, " sagde Xiaogang Qiang, ph.d.-studerende i Fysikskole ved UWA, der gennemførte eksperimentet. "Denne parallelisme er nøglen til kvantalgoritmer baseret på kvantevandringer, der søger store databaser mere effektivt end vi kan i øjeblikket. "

Resultatet af denne forskning er, at der er etableret et nyt link mellem kvantevandringer og computational kompleksitetsteori, der viser specifikke opgaver, i sidste ende kunne demonstrere kvantitetsherredømme over klassiske computere.

Resultaterne af denne forskning blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications

Kilde: University of Bristol

Bristol Ph.d.-studerende Xiaogang Qiang og den primitive fotoniske kvanteprocessor han designet med UWA-forskere til at simulere kvantevandringer (Kredit: Gerardo Villarreal Garcia. © University of Bristol. Alle rettigheder forbeholdes )

Anbefalet Redaktørens Valg