Sciencemag.cz
Doporučujeme
Nový teoretický přístup k hardwaru pro kvantové počítače vychází z toho, že kvantový algoritmus by se mohl implementovat prostřednictvím přirozených kvantových interakcí působících v materiálu. Mohlo by to umožňovat rychlejší řešení řady úloh než kvantové počítače založené na hradlech (poznámka: dokonce tisková zpráva již v této souvislosti používá i spojení „konvenční kvantové počítače“ – pro ty hradlové). „Systémy, jako jsou elektronické spiny defektů (vakancí) v diamantu, mají přesně ten typ interakcí, který je pro náš výpočetní proces potřebný,“ uvádí spoluautor nové studie Nikolai Sinitsyn z Los Alamos National Laboratory. Moderní technologie v oblasti ultrachladných atomů jsou podle něj dostatečně pokročilé na to, aby bylo možné takové výpočty provádět s přibližně 40 až 60 qubity.
Namísto složitého systému logických hradel mezi několika qubity, které musí sdílet kvantovou provázanost (entanglement, superpozici), využívá nová strategie jednoduché magnetické pole k otáčení qubitů, jako jsou spiny elektronů, v přirozeném systému. K realizaci algoritmu stačí přesný vývoj spinových stavů. Přirozeně probíhající interakce vyžadují méně spojení mezi qubity. Systém je díky tomu odolnější vůči selhání (tj. provázané stavy jsou stabilnější a výpočet může trvat déle). A samozřejmě už to, že operace proběhne rychleji, snižuje riziko kolapsu kvantového provázání v důsledku šumu.
Studie týmu týmu z Los Alamos ukázala, jak by tento přístup mohl umožnit běh Groverova algoritmu rychleji než stávající kvantové počítače. I když jde o jeden z mála (dnes známých) skutečně přínosných kvantových algoritmů, je určen pro idealizované kvantové počítače s fungujících opravou chyb a je obtížné jej implementovat na dnešních kvantových počítačích.
„Stačí mít kvantový systém s elementárními interakcemi, v němž pouze jediný kvantový spin – realizovatelný pomocí dvou qubitů – interaguje se zbytkem výpočetních qubitů,“ uvádí Sinitsyn. „Pak jediný magnetický impulz, který působí pouze na centrální spin, realizuje nejsložitější část kvantového Groverova algoritmu (Groverovo orakulum).“ V tomto procesu nejsou nutné žádné přímé interakce mezi výpočetními qubity ani časově závislé interakce s centrálním spinem. Jakmile jsou nastaveny statické vazby mezi centrálním spinem a qubity, celý výpočet spočívá pouze v aplikaci jednoduchých časově závislých vnějších pulzů, které otáčejí spiny, uvádí průvodní tisková zpráva.
Nikolai A. Sinitsyn et al, Topologically protected Grover’s oracle for the partition problem, Physical Review A (2023). DOI: 10.1103/PhysRevA.108.022412
Zdroj: Los Alamos National Laboratory / Phys.org
Poznámka PH: Takže když ne „hradlový“, tak by šlo o adiabatický kvantový počítač (neumožňující běh libovolného kvantového algoritmu)? V abstraktu u samotného článku se mluví o kvaziadiabatickém systému a adiabatických změnách magnetického pole (ale doslovně vzato snad počítač bez nějakých hradel vůbec nemůže realizovat algoritmus, ne?).
Počítač bez hradel je analogový počítač. To už to bylo, jen teď vymysleli, jak ho udělat hodně malý, na úrovni atomů.
Budoucnost je ve kvantové termodynamice a adiabatických kvantových procesech.
V adiabatickém kvantovém výpočtu je systém převeden z počátečního stavu, který je snadno připravitelný, do konečného stavu, který odpovídá řešení problému. Přitom se snažíme udržet systém v adiabatické rovnováze, aby nedošlo k rozptylu tepla.
Pokud se blížíte k teplotě absolutní nuly (0 Kelvin), k adiabatickému procesu můžete přistupovat jako k nekonečně pomalému procesu, což umožňuje provádět nekonečné množství výpočtů v rámci tohoto přístupu.
Je potřeba brát nástup kvantových počítačů vážně.