Kohti tehokkaampaa kvanttilaskentaa

Waterloon yliopiston Institute for Quantum Computingin (IQC) johtama tutkijaryhmä on tehnyt kaikkien aikojen ensimmäisen baryonien simulaation kvanttitietokoneella. Baryoni on kolmesta kvarkista koostuva hiukkanen.

"Tämä on tärkeä askel eteenpäin – se on ensimmäinen baryonien simulointi kvanttitietokoneella koskaan", IQC:n tiedekunnan jäsen Christine Muschik hehkuttaa. "Sen sijaan, että hiukkaset murskattaisiin kiihdyttimessä, kvanttitietokone saattaa jonain päivänä antaa meille mahdollisuuden simuloida näitä vuorovaikutuksia, joita käytämme tutkiessamme maailmankaikkeuden alkuperää ja paljon muuta."

Yhdessä Yorkin yliopiston Randy Lewisin kanssa Muschikin IQC:n tiimi kehitti resurssitehokkaan kvanttialgoritmin, jonka avulla he pystyivät simuloimaan järjestelmää yksinkertaisen ei-Abelin mittariteorian puitteissa IBM:n pilvikvanttitietokoneella, jonka parina oli klassinen tietokone.

"Näissä tuloksissa meille on jännittävää, että teoriasta voidaan tehdä paljon monimutkaisempi", sanoi Jinglei Zhang, IQC:n ja Waterloon yliopiston fysiikan ja tähtitieteen tutkijatohtori. "Voimme harkita aineen simulointia suuremmilla tiheyksillä, mikä on klassisten tietokoneiden kykyjen ulottumattomissa."

IBM puolestaan esittää kvanttilaskennan kentälle uutta kvanttimetriikkaa, joka on nimetty Circuit Layer Operations Per Second. Jatkossa hekin käyttävät myös jo tuttuja kubittimäärää ja Quantum Volumea (QV).

Yhtiön mukaan uusi mittari tuo käytännöllisyyttä kvanttilaskentaan kuvauksella piirikerrosoperaatioista sekunnissa (CLOPS) eli keskittyy siihen, kuinka paljon työtä kvanttilaskentajärjestelmät voivat tehdä tietyssä ajassa.

IBM arvioi alan tekniikan todellisen työmäärän sisältävän kvantti/klassisen vuorovaikutuksen eli täysi ohjelma kutsuu kvanttiprosessorin kiihdyttimeksi tiettyihin tehtäviin tai algoritmi esittää useita kutsuja kvanttiprosessorille. Tähän liittyy myös ajonaikainen järjestelmä, joka mahdollistaa tehokkaan kvantti/klassisen välisen viestinnän. IBM on siten upottanut myös tämän ajonaikaisen vuorovaikutuksen ehdotukseensa CLOPS-vertailuarvoksi.

Tällä hetkellä yhtiön nopeimmat järjestelmät saattavat ajaa jopa 1 400 piirikerroksen operaatiota sekunnissa.

Uusin IBM:n kvanttiprosessori on 127-kubittinen Eagle. Kubittien lukumäärä onkin jo niin suuri, että sellaista ei enää voi luotettavasti simuloida perinteisillä järjestelmillä. Teknisesti kubittien merkittävän lisäämisen on mahdollistanut se, että ohjausjohtimet on sijoitettu sirulla eri fyysiseen kerrokseen kuin kubitit. Tämän ja muun 3D-valmistustekniikan avulla yhtiö tähtää tulevissa piireissä aina yli tuhannen kubittiin.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttilaskentaa viritellen

Kvanttisimulointia topologisista eristeistä

Kvanttitietokoneet tehostuvat