Kvantfysiker vid University of Sussex har skapat en algoritm som påskyndar beräkningsgraden i de tidiga kvantdatorer som för närvarande utvecklas. De har skapat ett nytt sätt att leda jonerna - eller laddade atomer - runt kvantdatorn för att öka effektiviteten i beräkningarna.

Sussex -teamet har visat hur beräkningar i en sådan kvantdator kan göras mest effektivt, genom att använda sin nya "routingsalgoritm". Deras uppsats "Efficient Qubit Routing for a Globally Connected Trapped Ion Quantum Computer" publiceras i tidskriften Avancerad kvantteknologi .

Teamet som arbetade med detta projekt leddes av professor Winfried Hensinger och inkluderade Mark Webber, Dr Steven Herbert och Dr Sebastian Weidt. Forskarna har skapat en ny algoritm som reglerar trafik inom kvantdatorn precis som att hantera trafik i en hektisk stad. I den fångade jondesignen kan qubiterna fysiskt transporteras över långa avstånd, så att de enkelt kan interagera med andra qubits. Deras nya algoritm innebär att data kan flöda genom kvantdatorn utan "trafikstockningar". Detta ger i sin tur upphov till en kraftfullare kvantdator.

Kvantdatorer förväntas kunna lösa problem som är för komplexa för klassiska datorer. Kvantdatorer använder kvantbitar (qubits) för att bearbeta information på ett nytt och kraftfullt sätt. Den speciella kvantdatorarkitekturen som teamet analyserade först är en 'fastnat jon' kvantdator, bestående av kiselmikrochips med individuella laddade atomer, eller joner, svävar över chipets yta. Dessa joner används för att lagra data, där varje jon rymmer en kvantbit information. Att utföra beräkningar på en sådan kvantdator innebär att flytta runt joner, liknande att spela en omgång Pacman, och ju snabbare och mer effektivt data (jonerna) kan flyttas runt, desto kraftfullare blir kvantdatorn.

I det globala loppet för att bygga en storskalig kvantdator finns det två ledande metoder, "superledande" enheter som grupper som IBM och Google fokuserar på, och "instängda jon" -anordningar som används av University of Sussex Ion Quantum Technology -grupp, och det nyutvecklade företaget Universal Quantum, bland andra.

Superledande kvantdatorer har stationära qubits som vanligtvis bara kan interagera med qubits som ligger omedelbart bredvid varandra. Beräkningar som involverar avlägsna qubits görs genom att kommunicera genom en kedja av intilliggande qubits, en process som liknar telefonspelet (även kallat 'kinesiska viskningar'), där information viskas från en person till en annan längs en rad människor. På samma sätt som i telefonspelet, informationen tenderar att bli mer skadad ju längre kedjan är. Verkligen, forskarna fann att denna process kommer att begränsa beräkningskraften hos supraledande kvantdatorer.

I kontrast, genom att distribuera sin nya routingsalgoritm för sin infångade jonarkitektur, Sussex -forskarna har upptäckt att deras kvantberäkningsmetod kan uppnå en imponerande beräkningskraft. 'Quantum Volume' är ett nytt riktmärke som används för att jämföra beräkningskraften för kvantdatorer på kort sikt. De kunde använda Quantum Volume för att jämföra sin arkitektur med en modell för supraledande qubits, där de antog liknande felnivåer för båda metoderna. De fann att infångad jon-metod fungerade genomgående bättre än den superledande qubit-metoden, eftersom deras routingsalgoritm i huvudsak tillåter qubits att direkt interagera med många fler qubits, vilket i sin tur ger upphov till en högre förväntad beräkningseffekt.

Mark Webber, doktorand vid Sussex Center for Quantum Technologies, vid University of Sussex, sa, "Vi kan nu förutsäga beräkningskraften för de kvantdatorer vi bygger. Vår studie visar en grundläggande fördel för instängda jonenheter, och den nya routingsalgoritmen gör att vi kan maximera prestandan för tidiga kvantdatorer. "

Professor Hensinger, chef för Sussex Center for Quantum Technologies vid University of Sussex kommenterade, "Verkligen, det här arbetet är ännu en språngbräda mot att bygga praktiska kvantdatorer som kan lösa verkliga problem. "

Professor Winfried Hensinger och Dr Sebastian Weidt har nyligen lanserat sitt spin-out-företag Universal Quantum som har som mål att bygga världens första storskaliga kvantdator. Det har lockat stöd från några av världens mest kraftfulla tekniska investerare. Teamet var det första som publicerade ett blåtryck för hur man byggde en storskalig jonkvantdator 2017.