Ny forskning visar att kvantglödgningsdatorer under vissa förhållanden kan köra algoritmer – inklusive den välkända Shors algoritm – snabbare än klassiska datorer. I de flesta fall ger kvantglödgning dock ingen hastighet jämfört med klassisk datoranvändning när tiden är begränsad, enligt en studie i Nature Communications .

"Vi bevisade att du kan vara säker på att du kommer att nå en snabb lösning från det första problemet, men det är bara sant för en viss klass av problem som kan ställas upp så att kvantsystemets många utvecklingshistorier stör konstruktivt. Sedan olika kvanthistorier ökar varandras sannolikhet att nå lösningen", säger Nikolai Sinitsyn, en teoretisk kvantfysiker vid Los Alamos National Laboratory och medförfattare till tidningen tillsammans med sin Los Alamos-kollega Bin Yan.

Även om exempel på överlägsen kvantprestanda i kvantglödgningssimuleringar rutinmässigt rapporteras, saknar de definitivt bevis. Ibland drar forskare slutsatsen att de har uppnått kvantfördelar, men de kan inte bevisa att denna överlägsenhet är över någon konkurrerande klassisk algoritm, sa Sinitsyn. Sådana resultat är ofta motsägelsefulla.

Kvantberäkning omvandlar ett enkelt kvanttillstånd till ett tillstånd med ett beräkningsresultat. På bara en handfull kvantalgoritmer är denna process avstämd att överträffa klassiska algoritmer. En avstämd algoritm är speciellt utformad för att garantera konstruktiv interferens av olika systemhistorik under beräkning, vilket är nyckeln till kvantberäkning. Till exempel, vid kvantglödgning kan man ställa in den tidsberoende vägen för specifika problem. Oavstämda, så kallade heuristiska, kvantalgoritmer används i kvantglödgningsdatorer. De garanterar inte sådana störningar.

"Alla problem kan lösas heuristiskt under oändlig tid," sa Sinitsyn. "I praktiken är dock beräkningstiden alltid begränsad. Forskare hoppas att kvanteffekter åtminstone minskar antalet fel för att göra det heuristiska tillvägagångssättet genomförbart."

För att ta itu med osäkerheterna i den heuristiska metoden, etablerade Sinitsyn och medförfattaren Bin Yan ett annat, rent analytiskt tillvägagångssätt för att demonstrera en enkel ojusterad process som löser alla beräkningsproblem som kan övervägas av en kvantglödgningsdator. Noggrannheten i denna beräkning kan karakteriseras när som helst under beräkningens körtid.

Tyvärr fann Sinitsyn och Yan att denna noggrannhet nästan alltid inte är bättre än prestandan hos en klassisk algoritm.

Anledningen är att effektiv kvantberäkning är beroende av kvanteffekter, såsom konstruktiv interferens, när många olika kvanthistorier, som samtidigt upplevs av en kvantprocessor, interfererar för att förstora upp den användbara informationen i sluttillståndet. Utan finjustering blir rätt störning osannolik. Det finns dock sällsynta undantag som lämnar nischen för överlägsen kvantberäkning.

Ett annat inspirerande fynd var en observation att den övervägda processen inte möter den så kallade spinglasövergången, vilket motsvarar extremt långsam undertryckning av beräkningsfel, och som är en stor nackdel med klassiska glödgningsberäkningsstrategier.

Så de heuristiska metoderna för kvantberäkning kan äntligen fungera men måste övervägas med stor omsorg. + Utforska vidare

Anti-fjärilseffekt möjliggör ny benchmarking av kvantdatorprestanda