В любой квантовой вычислительной системе квантовые биты, кубиты, действуют одновременно, как ячейки памяти и как базовые вычислительные устройства. Для проведения сложных вычислений кубиты должны быть способны взаимодействовать друг с другом, и обеспечение этого продолжает оставаться существенным препятствием к разработке квантовых компьютеров большого масштаба. Для решения этой проблемы Вольфганг Лехнер (Wolfgang Lechner), Филипп Хок (Philipp Hauke) и Питер Золлер (Peter Zoller) еще в 2015 году предложили новую архитектуру квантовых компьютеров, которая получила название LHZ по первым буквам фамилий ее разработчиков.
«Эта архитектура изначально была ориентирована на решение задач из области оптимизации» — вспоминает Вольфганг Лехнер, ученый из Отдела теоретической физики университета Инсбрука, Австрия, — «Впоследствии мы переработали и сократили эту архитектуру до возможного минимума, чтобы задачи оптимизации могли решаться с ее помощью максимально эффективно».
Физические кубиты в архитектуре LHZ обеспечивают относительную координацию с другими кубитами. «Это означает, что не все кубиты вычислительной системы должны иметь возможность взаимодействия друг с другом» — объясняет Вольфганг Лехнер, — «И теперь мы продемонстрировали, что паритетная архитектура LHZ также подходит для создания универсального квантового компьютера».
Компьютеры, построенные на базе паритетной архитектуры, могут выполнять операции с двумя или большим количеством кубитов, используя один единственный кубит в качестве «посредника». «Некоторые из существующих квантовых компьютеров уже способны осуществлять подобные операции, правда, пока только в очень маленьких масштабах» — рассказывает Майкл Феллнер (Michael Fellner), член исследовательской группы.
В качестве демонстрации возможностей LHZ-архитектуры, исследователи запустили на своем паритетном компьютере квантовое преобразование Фурье, фундаментальный «блок» многих квантовых алгоритмов. Паритетная система справилась с решением этой задачи за существенно меньшее количество шагов, а значит, гораздо быстрее других систем. «Также мы показали, что реализованный в архитектуре мощный параллелизм позволил выполнить более быстро и эффективно известный алгоритм Шора для факторизации чисел» — рассказывает Майкл Феллнер.
Так же в архитектуре LHZ реализована двухуровневая система автоматической коррекции ошибок. При этом, ошибки, которые выявляются и исправляются достаточно просто, такие, как «переворот бита» или «фазовая ошибка», корректируются еще на аппаратном уровне. А другие, более сложные типы ошибок, корректируются при помощи специализированного программного обеспечения.
В настоящее время Вольфганг Лехнер и Магдалена Хаузер (Magdalena Hauser) организовали новую компанию под названием ParityQC. Специалисты этой компании, работая с партнерами из научного мира и промышленного сектора, занимаются дальнейшей разработкой квантового компьютера следующего поколения на LHZ-архитектуре, который будет использован в целях решения практических задач разного типа.
Ключевые слова:
LHZ, Квантовый, Паритетный, Компьютер, Архитектура, Кубит, Коррекция, Ошибка
Другие новости по теме:
Материалы по теме:
Posted in 
Tags: 