سرعت کوانتومی – رایانه های کوانتومی در حدس زدن بهتر هستند
رایانه های کوانتومی
محققان در USC استراتژی‌هایی را برای کنترل تجمع خطاها به کار میگیرند و نوید محاسبات کوانتومی را در دوره NISQ مستعد خطا نشان می‌دهند.
دانیل لیدار، استاد مهندسی ویتربی در USC و مدیر مرکز USC برای علوم و فناوری اطلاعات کوانتومی، و نویسنده اول، دکتر بیبک پوخارل، دانشمند پژوهشی در IBM Quantum ، به این مزیت افزایش سرعت کوانتومی در زمینه “رشته بیت” دست یافتند. بازی حدس زدن.»
آنها با کاهش مؤثر خطاهایی که اغلب در این سطح با آن مواجه می شوند، رشته های بیتی تا 26 بیت را با موفقیت مدیریت کرده اند که به طور قابل توجهی بزرگتر از آنچه قبلا ممکن بود. (برای زمینه، بیت به یک عدد باینری اشاره دارد که می تواند صفر یا یک باشد).
کامپیوترهای کوانتومی وعده حل مسائل خاصی را با مزیتی می دهند که با افزایش پیچیدگی مشکلات افزایش می یابد. با این حال، آنها همچنین به شدت مستعد خطا یا نویز هستند. لیدار می‌گوید چالش «به‌دست آوردن مزیت در دنیای واقعی است که رایانه‌های کوانتومی امروزی هنوز «نویز» هستند.
این شرایط مستعد نویز محاسبات کوانتومی فعلی، دوره “NISQ” (کوانتومی در مقیاس متوسط پر سر و صدا) نامیده می شود، اصطلاحی اقتباس شده از معماری RISC که برای توصیف دستگاه های محاسباتی کلاسیک استفاده می شود. بنابراین، هر نمایش فعلی مزیت سرعت کوانتومی نیاز به کاهش نویز دارد.
هرچه یک مشکل متغیرهای ناشناخته بیشتری داشته باشد، معمولاً حل آن برای رایانه دشوارتر است. محققان می توانند با انجام یک نوع بازی با رایانه، عملکرد رایانه را ارزیابی کنند تا ببینند الگوریتم با چه سرعتی می تواند اطلاعات پنهان را حدس بزند. به عنوان مثال، نسخه‌ای از بازی تلویزیونی Jeopardy را تصور کنید که در آن شرکت‌کنندگان به نوبت یک کلمه مخفی با طول مشخص را حدس می‌زنند، یک کلمه کامل در هر زمان. میزبان تنها یک حرف صحیح را برای هر کلمه حدس زده شده قبل از تغییر کلمه مخفی به صورت تصادفی نشان می دهد.
در مطالعه خود، محققان کلمات را با رشته های بیتی جایگزین کردند. یک کامپیوتر کلاسیک به طور متوسط به 33 میلیون حدس نیاز دارد تا یک رشته 26 بیتی را به درستی شناسایی کند. در مقابل، یک کامپیوتر کوانتومی با عملکرد کامل، که حدس‌ها را در برهم‌نهی کوانتومی ارائه می‌کند، می‌تواند پاسخ صحیح را تنها با یک حدس تشخیص دهد. این کارایی ناشی از اجرای یک الگوریتم کوانتومی است که بیش از 25 سال پیش توسط دانشمندان رایانه ایتان برنشتاین و اومش وزیرانی توسعه یافته است. با این حال، نویز می تواند به طور قابل توجهی این مزیت کوانتومی نمایی را مختل کند.
لیدار و پوخارل با تطبیق تکنیک سرکوب نویز به نام جداسازی دینامیکی به سرعت کوانتومی خود دست یافتند. آنها یک سال را صرف آزمایش کردند و پوخارل به عنوان کاندیدای دکترا زیر نظر لیدار در USC کار کرد. در ابتدا، به نظر می رسید که استفاده از جداسازی دینامیکی عملکرد را کاهش می دهد. با این حال، پس از اصلاحات متعدد، الگوریتم کوانتومی همانطور که در نظر گرفته شده بود عمل کرد. زمان حل مسائل در آن زمان کندتر از هر کامپیوتر کلاسیک دیگری رشد کرد و با پیچیده تر شدن مسائل، مزیت کوانتومی به طور فزاینده ای آشکار شد.
لیدار خاطرنشان می‌کند که «در حال حاضر، رایانه‌های کلاسیک همچنان می‌توانند مشکل را سریعتر به صورت مطلق حل کنند». به عبارت دیگر، مزیت گزارش شده بر حسب مقیاس زمانی که برای یافتن راه حل لازم است، اندازه گیری می شود، نه زمان مطلق. این بدان معنی است که برای رشته های بیتی به اندازه کافی طولانی، حل کوانتومی در نهایت سریعتر خواهد بود.
این مطالعه به طور قطعی نشان می‌دهد که با کنترل خطای مناسب، رایانه‌های کوانتومی می‌توانند الگوریتم‌های کاملی را با مقیاس‌بندی بهتر زمان لازم برای یافتن راه‌حل نسبت به رایانه‌های معمولی، حتی در عصر NISQ، اجرا کنند.
دیدگاهتان را بنویسید