Предложена универсальная архитектура квантового оптимизатора

В последние несколько лет особый интерес промышленности и исследователей в связи с возможностями практического использования вызывает особый класс, так называемых, адиабатических квантовых компьютеров. В отличие от прочих моделей квантовых компьютеров, пока способных демонстрировать только простейшие операции, они позволяют решать реальные задачи оптимизации, которые не под силу традиционным вычислительным системам.

Но все подходы к реализации адиабатических квантовых компьютеров упираются в общую проблему: локальность физических квантовых битов накладывает ограничение на возможные взаимодействия между ними, что не позволяет использовать их для решения любых задач.

«Языком программирования этих систем является индивидуальное взаимодействие с каждым физическим кубитом. Возможный вход определяется оборудованием, что превращает создание полностью программируемого квантового компьютера в фундаментальную проблему», — объясняет физик-теоретик Вольфганг Лехнер (Wolfgang Lechner) из Института квантовой оптики и квантовой информатики (IQOQI) в Инсбруке (Австрия). Вместе с двумя коллегами он предложил абсолютно новый способ преодоления этой проблемы путём отделения логического кубита от его физической реализации.

Каждый физический кубит соответствует паре кубитов логических и настраивается локальными полями, электрическими или магнитными. «Произвольная задача оптимизации может быть полностью запрограммирована этими полями, — объясняет Филипп Хауке (Philipp Hauke) из Института теоретической физики Инсбрукского университета. — Используя этот подход мы не только избегаем ограничений, налагаемых оборудованием, но делаем технологическую реализацию масштабируемой».

Ученые расположили кубиты так, чтобы четыре физических кубитами взаимодействовали локально. Этим они гарантированно отсекли не имеющие физического смысла решения, возникающие из-за возросшего числа степеней свободы.

Решение задачи избыточно закодировано в кубитах, что обеспечивает предложенной модели высокую отказоустойчивость. Новая архитектура может быть реализована на различных платформах, от сверхпроводящих цепей до сверхохлажденных газов в оптических решётках.

«Наш метод позволяет использовать технологии, прежде бывшие непригодными для адиабатической квантовой оптимизации», — утверждает Лехнер, вместе с Хауке и Петером Цоллером (Peter Zoller) представивший новую модель на страницах журнала Science Advances. Вместе они подали патентную заявку на новую архитектуру квантового компьютера.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI