Utvecklingen av kvantdatorer bedrivs över hela världen, och det finns olika koncept för hur beräkningar som använder kvantvärldens egenskaper kan implementeras. Många av dessa har redan avancerat experimentellt till områden som inte längre kan emuleras på klassiska datorer. Men teknikerna har ännu inte nått den punkt där de kan användas för att lösa större beräkningsproblem. Därför letar forskare just nu efter applikationer som kan implementeras på befintliga plattformar. "Vi letar efter uppgifter som vi kan beräkna på befintlig hårdvara", säger Rick van Bijnen från Institutet för kvantoptik och kvantinformation vid Österrikiska vetenskapsakademin i Innsbruck. Ett team kring Van Bijnen och forskargruppen Lechner föreslår nu en metod för att lösa optimeringsproblem med hjälp av neutrala atomer.

Programlösning

För att inom en snar framtid utveckla vetenskapligt och industriellt relevanta applikationer för befintlig kvanthårdvara, letar forskare efter speciella algoritmer som strukturellt matchar styrkorna hos en kvantplattform. "Denna samdesign av algoritmer och experimentella plattformar gör att dessa system kan fungera utan felkorrigering, vilket fortfarande är svårt att uppnå idag", förklarar Wolfgang Lechner från Institutionen för teoretisk fysik vid universitetet i Innsbruck. Fysikerna föreställer sig att deras optimeringsalgoritm ska implementeras på neutrala atomer fångade och arrangerade i en optisk pincett. De kan programmeras via samspelet mellan mycket upphetsade Rydberg-tillstånd. För att undvika begränsningarna med tidigare tillvägagångssätt implementerar fysikerna inte algoritmen direkt, utan använder den så kallade paritetsarkitekturen, en skalbar och problemoberoende hårdvarudesign för kombinatoriska optimeringsproblem, som Wolfgang Lechner utvecklat tillsammans med Philipp Hauke ​​och Peter Zoller i Innsbruck.

På detta sätt kräver optimeringsalgoritmen endast problemberoende en-qubit-operationer och problemoberoende fyra-qubit-operationer. Att hitta en direkt och enkel implementering för dessa fyra qubit-operationer var den största utmaningen för Innsbruck-forskarna. För detta ändamål har de designat en speciell kvantport. "Vi implementerade algoritmen direkt på experimentets språk", förklarar första författaren Clemens Dlaska. "Algorithmen kan alltså realiseras på nuvarande kvanthårdvara genom att helt enkelt optimera varaktigheten av laserpulser i en återkopplingsslinga."

Godyckligt skalbar

Med det föreslagna konceptet kan prestandan hos befintlig kvanthårdvara för att lösa relevanta optimeringsproblem undersökas för problemstorlekar som för närvarande är omöjliga att simulera på klassiska superdatorer. Att både hårdvaruplattformen och mjukvarulösningen kan byggas ut i stor utsträckning utan modifieringar är en viktig fördel med den nya metoden.

Innsbruck-teamet har nu presenterat sitt nya koncept i Physical Review Letters . + Utforska vidare

Uppgradering av kvantdatorn